JP2023549018A - Reusable, biodegradable and industrially compostable extruded foam and method for making the same - Google Patents

Reusable, biodegradable and industrially compostable extruded foam and method for making the same Download PDF

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Abstract

可撓性発泡体を製造するためのプロセスは、マスターバッチ材料であって、マスターバッチ材料が、基本的に、再利用された、再利用可能、生分解性および/または堆肥化可能な1つまたは複数の熱可塑性ポリマーからなる、マスターバッチ材料を押し出し機に導入することと、不活性ガスをマスターバッチ材料と混合することと、ポリマーメルトを形成するために押し出し機を通じてマスターバッチ材料を押し出すことと、押し出し物を形成するためにダイにポリマーメルトを通過させることと、押し出し物を発泡体に膨張させることと、を含む。The process for producing flexible foams is characterized in that the masterbatch material is essentially one that is recycled, recyclable, biodegradable and/or compostable. or introducing a masterbatch material consisting of a plurality of thermoplastic polymers into an extruder, mixing an inert gas with the masterbatch material, and extruding the masterbatch material through the extruder to form a polymer melt. passing the polymer melt through a die to form an extrudate; and expanding the extrudate into a foam.

Description

関連出願の相互参照
[0001]本願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、2020年11月16日に出願された米国仮特許出願第63/114,051号の優先権および利益を主張する。
Cross-reference of related applications
[0001] This application claims priority to and the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 63/114,051, filed November 16, 2020, which is incorporated herein by reference in its entirety.

[0002]本開示は、幾つかの実施形態によれば、再利用された、再利用可能、生分解性、生物由来および/または工業的に堆肥化可能な材料から可撓性発泡体を形成するためのプロセスに関する。幾つかの実施形態において、本開示は、可撓性発泡体を形成するための押し出しプロセスを提供する。本開示の実施形態に従って製造された発泡体は、様々な産業および最終製品、例えば、それらに限定されない、履物構成要素、座席構成要素、防具構成要素、車両構成要素、寝具、およびウォータースポーツアクセサリにおいて有用であり得る。 [0002] The present disclosure provides, according to some embodiments, forming flexible foams from recycled, recyclable, biodegradable, bio-based and/or industrially compostable materials. Regarding the process of In some embodiments, the present disclosure provides an extrusion process for forming flexible foams. Foams made according to embodiments of the present disclosure can be used in a variety of industries and end products, including, but not limited to, footwear components, seating components, armor components, vehicle components, bedding, and water sports accessories. Can be useful.

[0003]可撓性発泡体は、液体または固体に気体のポケットを捕捉することによって形成される1つのタイプの物体であり、結果として得られる発泡体は、部分的にその展性により可撓性であると言われる。可撓性発泡体は、典型的には、クッション用途、例えば、履物、家具、寝具、およびその他のスポーツ用品において使用される。可撓性発泡体は、典型的には、2つのカテゴリ、つまり、独立気泡可撓性熱可塑性ポリマー発泡体および連続気泡可撓性ポリウレタン発泡体に当てはまる。これらの発泡体タイプのそれぞれは、非常に異なる製造方法を有する。 [0003] Flexible foam is a type of object formed by trapping pockets of gas in a liquid or solid, and the resulting foam is flexible in part due to its malleability. It is said that it is sexual. Flexible foams are typically used in cushioning applications such as footwear, furniture, bedding, and other sports equipment. Flexible foams typically fall into two categories: closed cell flexible thermoplastic polymer foams and open cell flexible polyurethane foams. Each of these foam types has very different manufacturing methods.

[0004]独立気泡可撓性熱可塑性ポリマー発泡体は、一般的に、ドライプロセスにおいて製造され、このドライプロセスでは、適切な合成ポリマーが選択され、「生地」を製造するために様々な化学添加物、架橋剤および化学的発泡剤と混合される。次いで、生地は、練られ、平坦なシートに押し出される。次いで、シートは、互いに重ねられ、制御された圧力下で加熱されたプレスに配置される。材料および化学的発泡剤のこの混合物は、加熱されたプレスのキャビティの内部において反応し、膨張する。その結果、独立気泡可撓性発泡体の「バン」または「ブロック」が得られ、次いで、これは所定の厚さにスライスされる。対照的に、連続気泡可撓性ポリウレタン発泡体は、一般的に、液体注入プロセスまたは液体成形プロセスにおいて製造され、このプロセスでは、人工のポリオール化学物質、イソシアネート化学物質およびその他の化学添加物が、「バン」または「ブロック」などの成形された形状になるように注がれまたは噴射されながら反応させられる。その結果、連続気泡可撓性発泡体が得られ、次いで、これは所定の厚さにスライスされる。 [0004] Closed cell flexible thermoplastic polymer foams are generally produced in a dry process in which an appropriate synthetic polymer is selected and various chemical additions are made to produce the "dough". compound, crosslinking agent and chemical blowing agent. The dough is then kneaded and extruded into flat sheets. The sheets are then stacked on top of each other and placed in a heated press under controlled pressure. This mixture of material and chemical blowing agent reacts and expands inside the heated press cavity. The result is a "bun" or "block" of closed-cell flexible foam, which is then sliced to a predetermined thickness. In contrast, open cell flexible polyurethane foams are typically manufactured in a liquid injection or liquid molding process in which artificial polyol chemicals, isocyanate chemicals and other chemical additives are It is allowed to react while being poured or sprayed into a molded shape such as a "bun" or "block." The result is an open-cell flexible foam, which is then sliced to a predetermined thickness.

[0005]今日、市場において現在利用可能な可撓性発泡体における問題は、これらの発泡体がほとんど専ら、それらの製造において、再利用不能および堆肥化不能な材料、および/または環境的に有害な化学物質を使用するということである。さらに、部分的に、従来の可撓性発泡体を製造する上述の方法において行われる化学的架橋により、これらの可撓性発泡体の物理構造を容易に再利用または堆肥化することができない。これは、大部分は、発泡体の設計の化学的組成、および根源的な前駆体構成要素へ再び分離することが不可能であることによる。すなわち、従来の可撓性発泡体の寿命の終了時に、発泡体は、さらに使用されることがなく、あらゆる公知の商業的に実行可能な方法においてうまく新たな材料に再処理することができない。 [0005] A problem with flexible foams currently available on the market today is that these foams are almost exclusively made with non-recyclable and non-compostable materials and/or environmentally hazardous materials. This means that chemical substances are used. Furthermore, due in part to the chemical cross-linking that occurs in the above-described methods of producing conventional flexible foams, the physical structure of these flexible foams cannot be easily recycled or composted. This is due in large part to the chemical composition of the foam design and its inability to separate back into the underlying precursor components. That is, at the end of the life of a conventional flexible foam, the foam has no further use and cannot be successfully reprocessed into new materials in any known commercially viable manner.

[0006]本開示は、幾つかの実施形態によれば、再利用可能、生分解性、堆肥化可能、持続可能および/または環境的に責任がある最終製品を製造するために使用されてよい、可撓性発泡体および製造プロセスを提供する。幾つかの実施形態において、発泡体材料および最終製品は、分解なしに、両方とも持続的な使用が可能であるが、寿命の終了後に容易に再利用可能および/または堆肥化可能である。 [0006] The present disclosure may be used to manufacture reusable, biodegradable, compostable, sustainable and/or environmentally responsible end products, according to some embodiments. , provides flexible foams and manufacturing processes. In some embodiments, the foam material and the final product are both capable of sustained use without degradation, but are easily recyclable and/or compostable at the end of their life.

[0007]より従来の製造プロセスと比較して、本明細書に開示された製造プロセスの目的は、製造プロセスが環境に配慮した最終製品を生じることである。ポリマーを製造するために、再利用されたおよび/または再利用可能なまたは生分解性および工業的に堆肥化可能な原料を選択することによって、本開示の実施形態は、いわゆる循環経済に貢献することができ、毎年最終的に埋め立て地に行き着く廃棄物を著しく削減することができる。好ましい実施形態において、可撓性発泡体は、再利用された材料から得られかつ可使時間の終了時に再利用可能である。そのために、上記最終製品の製造において使用される環境的に持続可能な材料の選択は、注意深く検討され、最終製品の意図された性能および可使時間とのバランスを取るべきである。 [0007] Compared to more conventional manufacturing processes, an objective of the manufacturing process disclosed herein is that the manufacturing process yields an environmentally friendly final product. By choosing recycled and/or recyclable or biodegradable and industrially compostable raw materials to produce polymers, embodiments of the present disclosure contribute to the so-called circular economy. This can significantly reduce the amount of waste that ends up in landfills each year. In a preferred embodiment, the flexible foam is obtained from recycled materials and is recyclable at the end of its pot life. Therefore, the selection of environmentally sustainable materials used in the manufacture of the final product should be carefully considered and balanced with the intended performance and pot life of the final product.

[0008]例えば、ランニングシューズは、かなりの期間、恐らく使用頻度に応じて1~3年にわたって衝撃、摩耗および全ての形式の環境暴露を含む、繰り返される酷使に曝される非常に技術的な製品である。ランニングシューズのソール、ミッドソール、および/またはインソール用のクッションの製造において使用するための持続可能な材料を選択する場合、上記要因を検討することが重要である。故障の前に反復される酷使に対処することができない材料は、満足できるランニングシューズの対を製造しない。加えて、意図された寿命終了の前に、通常の製品使用中に故障のポイントまで分解するまたは弱まる可能性を有するあらゆる材料は、受け入れられない。 [0008] For example, running shoes are highly technical products that are exposed to repeated abuse, including impact, abrasion, and all forms of environmental exposure, over a significant period of time, perhaps 1 to 3 years depending on frequency of use. It is. When selecting sustainable materials for use in the manufacture of cushioning for running shoe soles, midsoles, and/or insoles, it is important to consider the above factors. Materials that cannot withstand repeated abuse before failure will not produce a satisfactory pair of running shoes. Additionally, any material that has the potential to degrade or weaken to the point of failure during normal product use prior to the end of its intended life is unacceptable.

[0009]この問題を解決するために、本開示の実施形態は、技術的性能特性および持続可能性側面のバランスを提供する特定の材料を利用する。これらの持続可能性側面は、例えば、管理された寿命終了ソリューションを備える再利用可能性または堆肥化可能性などの特性を含む。幾つかの実施形態において、本開示において使用される材料は、有害排出物に関してネット・ニュートラル(またはネガティブ)である。本開示の実施形態に従って形成された再利用可能または堆肥化可能な可撓性発泡体を含む最終製品は、製品の可使時間にわたって非常によく機能すべきであり、製品可使時間の終了時にのみ、材料は、「閉ループ」廃棄物転換のための再利用または堆肥化セッティングに向けられるオプションを有する。 [0009] To solve this problem, embodiments of the present disclosure utilize certain materials that provide a balance of technical performance characteristics and sustainability aspects. These sustainability aspects include, for example, properties such as reusability or compostability with controlled end-of-life solutions. In some embodiments, the materials used in this disclosure are net neutral (or negative) with respect to harmful emissions. A final product comprising a reusable or compostable flexible foam formed in accordance with embodiments of the present disclosure should perform very well over the product's pot life and at the end of the product pot life. Only materials have the option of being directed to reuse or composting settings for "closed-loop" waste conversion.

[0010]幾つかの実施形態において、可撓性発泡体を製造するためのプロセスは、マスターバッチ材料であって、マスターバッチ材料が、基本的に、再利用された、再利用可能、生分解性および/または堆肥化可能な1つまたは複数の熱可塑性ポリマーからなる、マスターバッチ材料を押し出し機に導入するステップと、不活性ガスをマスターバッチ材料と混合するステップと、ポリマーメルトを形成するために押し出し機を通じてマスターバッチ材料を押し出すステップと、押し出し物を形成するためにポリマーメルトをダイに通過させるステップと、押し出し物を発泡体に膨張させるステップと、を含む。幾つかの実施形態において、不活性ガスは窒素である。その他の実施形態において、不活性ガスは二酸化炭素である。 [0010] In some embodiments, the process for manufacturing a flexible foam comprises a masterbatch material, wherein the masterbatch material is essentially recycled, recyclable, biodegradable. introducing a masterbatch material comprising one or more thermoplastic polymers that are thermoplastic and/or compostable into an extruder; and mixing an inert gas with the masterbatch material to form a polymer melt. the step of extruding the masterbatch material through an extruder, passing the polymer melt through a die to form an extrudate, and expanding the extrudate into a foam. In some embodiments, the inert gas is nitrogen. In other embodiments, the inert gas is carbon dioxide.

[0011]幾つかの実施形態において、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーは、ポリアミドまたはポリアミドコポリマーである。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーは、ポリエーテルブロックアミド(PEBA)、ポリアミド6、ポリアミド6/6-6、ポリアミド12、またはそれらの1つまたは複数を含有する混合物からなる群から選択されたポリアミドである。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーは、ポリエステルまたはポリエステルコポリマーを含む。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーは、ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)、ポリ乳酸(PLA)、ポリ(L-乳酸)(PLLA)、ポリ(ブチレンアジペート-コ-テレフタレート(PBAT)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリヒドロキシブチレート(PHB)、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンアジペート(PBA)、熱可塑性デンプン(TPS)、およびそれらの1つまたは複数を含有する混合物からなる群から選択されたポリエステルである。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーは、1つまたは複数の再利用されたポリマー材料であるまたはこれを含む。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーは、1つまたは複数の生物由来ポリマー(例えば、生物由来PBAT)からなる。 [0011] In some embodiments, the one or more thermoplastic polymers are polyamides or polyamide copolymers. In some embodiments, the one or more thermoplastic polymers are from polyether block amide (PEBA), polyamide 6, polyamide 6/6-6, polyamide 12, or mixtures containing one or more thereof. A polyamide selected from the group consisting of: In some embodiments, the one or more thermoplastic polymers include polyesters or polyester copolymers. In some embodiments, the one or more thermoplastic polymers include polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polylactic acid (PLA), poly(L-lactic acid) (PLLA), poly(butylene adipate-co-terephthalate) ( PBAT), polycaprolactone (PCL), polyhydroxyalkanoate (PHA), polyhydroxybutyrate (PHB), polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA), polybutylene adipate (PBA), heat a polyester selected from the group consisting of thermoplastic starch (TPS), and mixtures containing one or more thereof. In some embodiments, the one or more thermoplastic polymers are is or includes recycled polymeric material. In some embodiments, the one or more thermoplastic polymers consist of one or more bio-based polymers (eg, bio-based PBAT).

[0012]幾つかの実施形態において、不活性ガスは、超臨界流体としてマスターバッチ材料と混合される。幾つかの実施形態において、マスターバッチ材料および超臨界流体は、単相溶液を形成するために混合される。その他の実施形態において、不活性ガスは、マスターバッチ材料を押し出し機に導入する前にマスターバッチ材料と混合される。幾つかの実施形態において、マスターバッチ材料は、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーのペレットを含み、不活性ガスをマスターバッチ材料と混合することは、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーのペレットに不活性ガスを注入することを含む。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーのペレットに不活性ガスを注入することは、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーのペレットを膨張させる。幾つかの実施形態において、マスターバッチ材料を押し出し機に導入することは、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーの膨張したペレットを押し出し機に導入することを含む。幾つかの実施形態において、ポリマーメルトを形成するために押し出し機を通じてマスターバッチ材料を押し出すことは、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーの膨張したペレットを溶融させることを含む。 [0012] In some embodiments, the inert gas is mixed with the masterbatch material as a supercritical fluid. In some embodiments, the masterbatch material and supercritical fluid are mixed to form a single phase solution. In other embodiments, the inert gas is mixed with the masterbatch material prior to introducing the masterbatch material into the extruder. In some embodiments, the masterbatch material includes pellets of one or more thermoplastic polymers, and mixing the inert gas with the masterbatch material causes the pellets of one or more thermoplastic polymers to be inert. Including injecting active gas. In some embodiments, injecting the one or more thermoplastic polymer pellets with an inert gas causes the one or more thermoplastic polymer pellets to expand. In some embodiments, introducing the masterbatch material into the extruder includes introducing expanded pellets of one or more thermoplastic polymers into the extruder. In some embodiments, extruding the masterbatch material through an extruder to form a polymer melt includes melting expanded pellets of one or more thermoplastic polymers.

[0013]幾つかの実施形態において、可撓性発泡体を製造するためのプロセスは、再利用可能、生分解性および/または工業的に堆肥化可能な1つまたは複数の熱可塑性ポリマーを含む複数のペレットを提供するステップと、ペレットに不活性ガスを注入することによって1つまたは複数の熱可塑性ポリマーのペレットを膨張させるステップと、膨張したペレットを押し出し機に導入するステップと、膨張したペレットを押し出し機において溶融させるステップと、溶融した膨張したペレットを、押し出し機を使用してダイを通じて押し出すステップと、を含む。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーは、ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)、ポリ乳酸(PLA)、ポリ(L-乳酸)(PLLA)、ポリ(ブチレンアジペート-コ-テレフタレート(PBAT)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリヒドロキシブチレート(PHB)、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンアジペート(PBA)、熱可塑性デンプン(TPS)、およびそれらの1つまたは複数を含有する混合物からなる群から選択されたポリマーであるまたはそれを含む。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーは、PBAT、PHAおよび/またはPHBであるまたはそれを含む。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーは、1つまたは複数の生物由来ポリマーからなる。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーは、再利用可能ポリマーである。不活性ガスは、例えば、窒素または二酸化炭素であってよい。幾つかの実施形態において、不活性ガスは、75bar~200bar、例えば、90bar~150barの範囲の飽和圧力においてペレットに注入される。幾つかの実施形態において、不活性ガスは、90℃~200℃の範囲の温度でペレットに注入される。 [0013] In some embodiments, a process for manufacturing a flexible foam includes one or more thermoplastic polymers that are recyclable, biodegradable, and/or industrially compostable. providing a plurality of pellets; expanding the pellets of one or more thermoplastic polymers by injecting the pellets with an inert gas; introducing the expanded pellets into an extruder; and the expanded pellets. and extruding the molten expanded pellets through a die using the extruder. In some embodiments, the one or more thermoplastic polymers include polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polylactic acid (PLA), poly(L-lactic acid) (PLLA), poly(butylene adipate-co-terephthalate) ( PBAT), polycaprolactone (PCL), polyhydroxyalkanoate (PHA), polyhydroxybutyrate (PHB), polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA), polybutylene adipate (PBA), heat is or includes a polymer selected from the group consisting of plastic starch (TPS), and mixtures containing one or more thereof. In some embodiments, the one or more thermoplastic polymers are PBAT , PHA, and/or PHB. In some embodiments, the one or more thermoplastic polymers consist of one or more biobased polymers. In some embodiments, one or the thermoplastic polymers are recyclable polymers. The inert gas may be, for example, nitrogen or carbon dioxide. In some embodiments, the inert gas is at a pressure of 75 bar to 200 bar, such as 90 bar. The inert gas is injected into the pellet at a saturation pressure in the range of ˜150 bar. In some embodiments, the inert gas is injected into the pellet at a temperature in the range of 90° C. to 200° C.

[0014]幾つかの実施形態において、本明細書に説明されたプロセスに従って形成された発泡体は、再利用可能、生分解性および/または堆肥化可能である。幾つかの実施形態において、発泡体は、いかなる架橋剤も含まない。幾つかの実施形態において、発泡体は、発泡体が再利用または生分解されることを妨げるあらゆる架橋または架橋剤を含まない。さらなる実施形態において、本明細書に説明されたプロセスに従って形成された発泡体は、様々な物品、例えば、それらに限定されないが、履物構成要素(例えば、靴のインソールまたはミッドソール)、座席構成要素(例えば、座席クッション)、防具構成要素(例えば、パッド)、車両構成要素、寝具構成要素、ウォータースポーツアクセサリ、または発泡体構成要素を含むその他の最終製品の製造において成形されかつ使用されてよい。 [0014] In some embodiments, foams formed according to the processes described herein are recyclable, biodegradable and/or compostable. In some embodiments, the foam does not include any crosslinking agent. In some embodiments, the foam is free of any crosslinks or crosslinkers that would prevent the foam from being recycled or biodegraded. In further embodiments, foams formed according to the processes described herein can be used in a variety of articles, including, but not limited to, footwear components (e.g., shoe insoles or midsoles), seating components. (e.g., seat cushions), armor components (e.g., pads), vehicle components, bedding components, water sports accessories, or other end products that include foam components.

[0015]前述の概要、および発明の以下の詳細な説明は、添付の図面に関連して読んだ場合により良く理解されるであろう。発明を例示するために、現時点で好ましい実施形態が図面に示されている。しかしながら、発明は異なる形式で具体化することができ、したがって、本明細書に示された実施形態に限定されるものとして解釈されるべきでないことが理解されるべきである。添付の図面は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。 [0015] The foregoing summary and the following detailed description of the invention will be better understood when read in conjunction with the accompanying drawings. For the purpose of illustrating the invention, there are shown in the drawings embodiments that are presently preferred. However, it should be understood that the invention may be embodied in different forms and therefore should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. The accompanying drawings may not be drawn to scale.

[0016]本開示の幾つかの実施形態による、押し出された可撓性発泡体を形成するためのプロセスのフローチャートである。[0016] FIG. 2 is a flowchart of a process for forming extruded flexible foam, according to some embodiments of the present disclosure. [0017]本開示の幾つかの実施形態による、押し出された可撓性発泡体を形成するためのシステムを示す図である。[0017] FIG. 2 illustrates a system for forming extruded flexible foam according to some embodiments of the present disclosure. [0018]本開示のさらなる実施形態による、押し出された可撓性発泡体を形成するための別のシステムを示す図である。[0018] FIG. 4 illustrates another system for forming extruded flexible foam, according to a further embodiment of the present disclosure.

[0019]本開示は、幾つかの実施形態において、再利用可能、生分解性および/または工業的に堆肥化可能な可撓性発泡体およびその製造方法を提供する。本開示の実施形態による発泡体は、独立気泡発泡体であってよい。その他の実施形態において、本開示の発泡体は、連続気泡発泡体であってよい。様々な実施形態において、再利用可能、生分解性および/または工業的に堆肥化可能な可撓性発泡体は、従来の再利用不能なエチレンビニルアセテート(EVA)発泡体または熱可塑性ポリウレタン(TPU)の類似の特性および性能特性を有するが、高い割合の再利用されたまたは生物由来の内容物を含有するように形成することができる。本開示の実施形態に従って製造された発泡体は、様々な産業および最終製品、例えば、それらに限定されないが、履物構成要素、座席構成要素、防具構成要素、車両構成要素、寝具、およびウォータースポーツアクセサリにおいて有用である場合がある。 [0019] The present disclosure provides, in some embodiments, reusable, biodegradable and/or industrially compostable flexible foams and methods of making the same. Foams according to embodiments of the present disclosure may be closed cell foams. In other embodiments, the foams of the present disclosure may be open cell foams. In various embodiments, the reusable, biodegradable and/or industrially compostable flexible foam is a traditional non-recyclable ethylene vinyl acetate (EVA) foam or thermoplastic polyurethane (TPU) foam. ), but can be formed to contain a high proportion of recycled or bio-based content. Foams made according to embodiments of the present disclosure can be used in a variety of industries and end products, including, but not limited to, footwear components, seating components, armor components, vehicle components, bedding, and water sports accessories. It may be useful in

[0020]本明細書において使用される場合、「生分解性」とは、概して、生物学的活動、特に微生物によって分解することができることを言う。幾つかの実施形態において、生分解性および/または工業的に堆肥化可能として本開示において説明された材料および発泡体は、以下の規格のうちの少なくとも1つに示された要件を満たすまたは超える:欧州規格EN13432、ASTM D6400、または豪州規格AS4736。幾つかの実施形態において、生分解性および/または工業的に堆肥化可能として本開示において説明された材料および発泡体は、少なくとも欧州規格EN13432に示された要件を満たすまたは超える。幾つかの実施形態において、工業的に堆肥化可能として本開示において説明された材料および発泡体は、商業用堆肥化ユニットにおける180日以内の堆肥化において少なくとも60%の生分解を示すように構成されている(材料の少なくとも60%が、生物学的活動によって分解されなければならない)。幾つかの実施形態において、工業的に堆肥化可能として本開示において説明された材料および発泡体は、商業用堆肥化ユニットにおける180日以内の堆肥化において少なくとも90%の生分解を示すように構成されている。 [0020] As used herein, "biodegradable" generally refers to being capable of being degraded by biological activity, particularly microorganisms. In some embodiments, materials and foams described in this disclosure as biodegradable and/or industrially compostable meet or exceed the requirements set forth in at least one of the following standards: :European Standard EN13432, ASTM D6400, or Australian Standard AS4736. In some embodiments, materials and foams described in this disclosure as biodegradable and/or industrially compostable meet or exceed at least the requirements set forth in European Standard EN13432. In some embodiments, materials and foams described in this disclosure as industrially compostable are configured to exhibit at least 60% biodegradation upon composting within 180 days in a commercial composting unit. (at least 60% of the material must be degraded by biological activity). In some embodiments, materials and foams described in this disclosure as industrially compostable are configured to exhibit at least 90% biodegradation upon composting within 180 days in a commercial composting unit. has been done.

[0021]幾つかの実施形態において、「再利用可能」という用語は、概して、別のアイテムを製造するまたは組み立てる際の再利用または使用のための廃棄物流から収集、分離、またはさもなければ回収される材料または製品の能力を言う場合がある。幾つかの実施形態において、再利用可能として本開示において説明されたポリマーおよび発泡体は、例えば、機械的再利用、化学的再利用、および/または生物学的または有機的再利用によって回収される構成要素材料の能力を言う。幾つかの実施形態において、再利用可能として本開示において説明されるポリマーおよび発泡体は、例えば、ISO15270:2008に示された標準的なプラスチック再利用方法を使用して回収される構成要素材料の能力を言う。幾つかの実施形態において、本明細書において説明される再利用される材料、発泡体および/または製品は、テキスタイル・エクスチェンジ・リサイクル表示基準2.0(RCS、2017年7月1日)および/またはテキスタイル・エクスチェンジ・グローバル・リサイクル基準4.0(GRS、2017年7月1日)に示された要件に従って製造されてよい。 [0021] In some embodiments, the term "reusable" generally refers to collection, separation, or otherwise recovered from a waste stream for reuse or use in manufacturing or assembling another item. Sometimes refers to the ability of a material or product to be used. In some embodiments, polymers and foams described in this disclosure as recyclable are recovered by, for example, mechanical recycling, chemical recycling, and/or biological or organic recycling. Refers to the ability of component materials. In some embodiments, polymers and foams described in this disclosure as recyclable are components of component materials that are recovered using standard plastic recycling methods as set forth in ISO 15270:2008, for example. Say ability. In some embodiments, the recycled materials, foams and/or products described herein meet Textile Exchange Recycling Labeling Standard 2.0 (RCS, July 1, 2017) and/or or may be manufactured in accordance with the requirements set out in the Textile Exchange Global Recycling Standard 4.0 (GRS, July 1, 2017).

[0022]幾つかの実施形態において、本開示に従って押し出された可撓性発泡体を形成するためのプロセスは、概して、押し出し機にポリマーペレットを導入するステップと、ポリマーメルトを形成するために押し出し機においてポリマーペレットを溶融させるステップと、押し出し物を形成するためにダイを通じてポリマーメルトを押し出すステップとを含む。幾つかの実施形態において、発泡剤が押し出し機に導入され、ポリマーメルトと混合させられる。幾つかの実施形態において、発泡剤は、超臨界流体として導入され、ポリマーメルトとともに単相溶液を形成する。その他の実施形態において、押し出し機にポリマーペレットを導入する前に、ポリマーペレットは発泡剤によって飽和させられる。本明細書においてさらに説明するように、ポリマーペレットは、好ましくは、再利用可能、生分解性および/または工業的に堆肥化可能な1つまたは複数の熱可塑性ポリマーからなる。幾つかの実施形態において、ポリマーペレットは、生物由来の熱可塑性ポリマーからなる。幾つかの実施形態において、ポリマーペレットは、再利用されたプラスチック材料から形成されている。 [0022] In some embodiments, a process for forming an extruded flexible foam according to the present disclosure generally includes introducing polymer pellets into an extruder and extruding them to form a polymer melt. The method includes melting the polymer pellets in a machine and extruding the polymer melt through a die to form an extrudate. In some embodiments, a blowing agent is introduced into the extruder and mixed with the polymer melt. In some embodiments, the blowing agent is introduced as a supercritical fluid to form a single phase solution with the polymer melt. In other embodiments, the polymer pellets are saturated with a blowing agent prior to introducing the polymer pellets into the extruder. As further described herein, the polymer pellets are preferably comprised of one or more thermoplastic polymers that are recyclable, biodegradable and/or industrially compostable. In some embodiments, the polymer pellets are comprised of bio-based thermoplastic polymers. In some embodiments, the polymer pellets are formed from recycled plastic material.

[0023]図1は、本開示の幾つかの典型的な実施形態による、押し出された可撓性発泡体を形成するためのプロセス100のフローチャートである。ステップ102において、幾つかの実施形態において、プロセス100は、1つまたは複数の予め選択された材料のマスターバッチを提供することを含む。マスターバッチは、幾つかの実施形態において、ペレット、顆粒等の形態の熱可塑性ポリマー材料からなる。上記のように、1つまたは複数の予め選択された材料は、好ましくは、幾つかの実施形態によれば再利用可能、生分解性および/または工業的に堆肥化可能な1つまたは複数の熱可塑性ポリマーである。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の予め選択された材料は、再利用されたプラスチック廃棄物材料から得られる。幾つかの実施形態において、マスターバッチは、完全に、1つまたは複数の予め選択された生分解性材料(例えば、生分解性熱可塑性ポリマー)からなる。幾つかの実施形態において、マスターバッチは、完全に、1つまたは複数の予め選択された再利用可能な材料(例えば、再利用可能な熱可塑性ポリマー)からなる。 [0023] FIG. 1 is a flowchart of a process 100 for forming extruded flexible foam, according to some exemplary embodiments of the present disclosure. At step 102, in some embodiments, process 100 includes providing a masterbatch of one or more preselected materials. The masterbatch, in some embodiments, consists of thermoplastic polymeric material in the form of pellets, granules, etc. As mentioned above, the one or more preselected materials preferably include one or more recyclable, biodegradable and/or industrially compostable materials, according to some embodiments. It is a thermoplastic polymer. In some embodiments, one or more preselected materials are obtained from recycled plastic waste materials. In some embodiments, the masterbatch consists entirely of one or more preselected biodegradable materials (eg, biodegradable thermoplastic polymers). In some embodiments, the masterbatch consists entirely of one or more preselected recyclable materials (eg, recyclable thermoplastic polymers).

[0024]プロセス100のステップ104において、不活性ガスがマスターバッチと混合される。幾つかの実施形態において、不活性ガス(例えば、発泡剤)は、1つまたは複数の押し出し機においてマスターバッチと混合される。不活性ガスは、幾つかの実施形態において超臨界流体としてマスターバッチと混合されてよい。幾つかの実施形態において、マスターバッチは、溶融させられ、超臨界流体と単相溶液を形成する。その他の実施形態において、マスターバッチを1つまたは複数の押し出し機に導入する前に、マスターバッチは不活性ガス(例えば、発泡剤)によって飽和させられる。 [0024] In step 104 of process 100, an inert gas is mixed with the masterbatch. In some embodiments, an inert gas (eg, blowing agent) is mixed with the masterbatch in one or more extruders. The inert gas may be mixed with the masterbatch as a supercritical fluid in some embodiments. In some embodiments, the masterbatch is melted to form a single phase solution with the supercritical fluid. In other embodiments, the masterbatch is saturated with an inert gas (eg, a blowing agent) before introducing the masterbatch into one or more extruders.

[0025]幾つかの実施形態において、マスターバッチのペレットを不活性ガスで飽和させることは、ペレットにガスの一部を注入し、ペレットを少なくとも部分的に膨張させる。幾つかの実施形態において、マスターバッチを不活性ガスで飽和させることは、膨らんだ(膨張した)または少なくとも部分的に膨らんだポリマーペレットを形成し、このポリマーペレットは、次いで、(例えば、押し出しを介して)溶融させることができる。幾つかの実施形態において、膨らんだ(膨張した)ポリマーペレットは、(例えば、最も広い寸法において)4mm~10mmのサイズを有する。幾つかの実施形態において、膨らんだ(膨張した)ポリマーペレットは、約100kg/m~約200kg/mのかさ密度を有する。幾つかの実施形態において、ポリマーペレットは、約1.5~約4.5の範囲の膨張比を有する。幾つかの実施形態において、不活性ガス飽和圧力は、75bar~200bar、例えば、90bar~150barの範囲であることができる。幾つかの実施形態において、不活性ガス飽和温度は、特定の生分解性、工業的に堆肥化可能、および/または再利用されたおよび/または再利用可能なポリマーの滴点および溶融温度に応じて、90℃~200℃の範囲であることができる。さらに、幾つかの実施形態において、発泡体の平均細孔径および気泡密度は、飽和圧力の調節によってある程度まで制御可能である。幾つかの実施形態において、小さな平均細孔径および高い気泡密度を得るためには高い不活性ガス飽和圧力が好ましい。さらなる実施形態において、ポリマーは、選択的に、発泡前に予備乾燥および除湿されてよい。幾つかの実施形態において、例えば、予備乾燥条件は、-40℃の露点および0.05%未満の相対湿度で4~6時間にわたる65~85℃の範囲にある。 [0025] In some embodiments, saturating the pellets of the masterbatch with an inert gas injects a portion of the gas into the pellets, causing the pellets to at least partially expand. In some embodiments, saturating the masterbatch with an inert gas forms swollen (expanded) or at least partially swollen polymer pellets, which are then subjected to extrusion (e.g., ) can be melted. In some embodiments, the expanded polymer pellets have a size (eg, in their widest dimension) of 4 mm to 10 mm. In some embodiments, the expanded polymer pellets have a bulk density of about 100 kg/m 3 to about 200 kg/m 3 . In some embodiments, the polymer pellets have an expansion ratio ranging from about 1.5 to about 4.5. In some embodiments, the inert gas saturation pressure can range from 75 bar to 200 bar, such as from 90 bar to 150 bar. In some embodiments, the inert gas saturation temperature depends on the dropping point and melting temperature of the particular biodegradable, industrially compostable, and/or recycled and/or recyclable polymer. The temperature can range from 90°C to 200°C. Additionally, in some embodiments, the average pore size and cell density of the foam can be controlled to some extent by adjusting the saturation pressure. In some embodiments, high inert gas saturation pressures are preferred to obtain small average pore sizes and high cell density. In further embodiments, the polymer may optionally be pre-dried and dehumidified before foaming. In some embodiments, for example, pre-drying conditions range from 65 to 85°C for 4 to 6 hours at a dew point of -40°C and a relative humidity of less than 0.05%.

[0026]ステップ106において、ガスと混合されたマスターバッチは、1つまたは複数の押し出し機を通じて押し出されるポリマーメルトを形成する。1つまたは複数の押し出し機は、例えば、ポリマーメルトを圧縮および搬送するための1つまたは複数の押し出しスクリューを有するスクリュー押し出し機であってよい。ステップ108において、ポリマーメルトは、微小気泡発泡体のシートに押し出される。幾つかの実施形態において、ポリマーメルトは、押し出し物を形作るように構成されたダイを通じて押し出される。幾つかの実施形態において、ポリマーメルトがダイを通じて押し出されるとき、ポリマーメルト内に混合されたガスが膨張させられ、その結果、可撓性発泡体を生じる。さらなる実施形態において、可撓性発泡体は、次いで、あらゆる所望の構成に切断および/または成形される(例えば、圧縮成形を介して)。 [0026] In step 106, the masterbatch mixed with gas forms a polymer melt that is extruded through one or more extruders. The extruder or extruders may be, for example, a screw extruder having one or more extrusion screws for compressing and conveying the polymer melt. In step 108, the polymer melt is extruded into a sheet of microcellular foam. In some embodiments, the polymer melt is extruded through a die configured to form an extrudate. In some embodiments, gases mixed within the polymer melt are expanded as the polymer melt is extruded through a die, resulting in a flexible foam. In further embodiments, the flexible foam is then cut and/or shaped (eg, via compression molding) into any desired configuration.

[0027]ここで、本発明の主題は、以下でさらに詳しく説明され、そこでは代表的な実施形態が説明される。しかしながら、本発明の主題は、異なる形態で具体化することができ、本明細書に示された特定の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、説明し、当業者に可能にするために提供されている。 [0027] The subject matter of the present invention will now be described in more detail below, where representative embodiments are described. However, the present subject matter may be embodied in different forms and should not be construed as limited to the particular embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided to explain and enable those skilled in the art.

[0028]熱可塑性ポリマー
[0029]幾つかの実施形態において、再利用されたおよび/または再利用可能な熱可塑性ポリマー、または代替的に、生物由来の熱可塑性ポリマーから微小気泡押し出し発泡体を製造することは、適切な高性能ポリマーを選択することから始まる。本開示の実施形態に従って利用されてよい適切な熱可塑性ポリマーは、好ましくは以下の特性を含むべきである:低密度の発泡体を製造する、中間のメルト流量を有する、発泡されたときに高い伸びを生じる、および100%再利用可能および/または100%工業的に堆肥化可能である。幾つかの非限定的な実施例において、適切な熱可塑性ポリマーは、0.15g/cc~0.35g/cc、好ましくは0.20g/cc~0.25g/ccの密度を有する発泡体を製造する。幾つかの非限定的な実施例において、適切な熱可塑性ポリマーは、5g/10min~30g/10min、好ましくは、10g/10min~20g/10minの範囲のメルト流量を有する。その他の実施例において、メルト流量は、7g/10min~15g/10minの範囲であってよい。幾つかの非限定的な実施例において、適切な熱可塑性ポリマーは、150%~800%、好ましくは250%~450%の範囲の発泡伸びを生じる。幾つかの実施形態において、熱可塑性ポリマーは、押し出し機に供給されるようにサイズ決めおよび構成された固体ペレットの形式で供給されてよい。押し出し機に供給されるポリマー材料の複数のペレットは、本明細書では「マスターバッチ」とも称される場合がある。
[0028]Thermoplastic polymer
[0029] In some embodiments, producing microcellular extruded foam from recycled and/or recyclable thermoplastic polymers, or alternatively, bio-based thermoplastic polymers, is suitable It starts with choosing a high-performance polymer. Suitable thermoplastic polymers that may be utilized in accordance with embodiments of the present disclosure should preferably include the following properties: produce a low density foam, have a medium melt flow rate, have a high elongation and is 100% recyclable and/or 100% industrially compostable. In some non-limiting examples, suitable thermoplastic polymers include foams having a density of 0.15 g/cc to 0.35 g/cc, preferably 0.20 g/cc to 0.25 g/cc. Manufacture. In some non-limiting examples, suitable thermoplastic polymers have melt flow rates ranging from 5 g/10 min to 30 g/10 min, preferably from 10 g/10 min to 20 g/10 min. In other examples, the melt flow rate may range from 7 g/10 min to 15 g/10 min. In some non-limiting examples, suitable thermoplastic polymers produce foam elongations in the range of 150% to 800%, preferably 250% to 450%. In some embodiments, the thermoplastic polymer may be provided in the form of solid pellets that are sized and configured to be fed to an extruder. The plurality of pellets of polymeric material fed to the extruder may also be referred to herein as a "masterbatch."

[0030]幾つかの実施形態において、本開示の再利用可能、生分解性、および/または工業的に堆肥化可能な可撓性発泡体を製造するために使用される熱可塑性ポリマーは、あらゆる数のポリアミドまたはポリアミドコポリマーから選択することができる。適切なポリアミドポリマーの非限定的な例は、ポリエーテルブロックアミド(PEBA)、ポリアミド6、ポリアミド6/6-6、ポリアミド12、およびそれらの1つまたは複数を含有する混合物を含む。適切な再利用されたおよび/または再利用可能なポリマーの非限定的な例は、ニューハンプシャー州マンチェスター所在のNylon Corporation of Americaによって製造されたPEBAである。 [0030] In some embodiments, the thermoplastic polymer used to make the reusable, biodegradable, and/or industrially compostable flexible foams of the present disclosure may be any A number of polyamides or polyamide copolymers can be selected. Non-limiting examples of suitable polyamide polymers include polyether block amide (PEBA), polyamide 6, polyamide 6/6-6, polyamide 12, and mixtures containing one or more thereof. A non-limiting example of a suitable recycled and/or reusable polymer is PEBA manufactured by Nylon Corporation of America of Manchester, New Hampshire.

[0031]幾つかの実施形態において、本開示の再利用可能、生分解性、および/または工業的に堆肥化可能な可撓性発泡体を製造するために使用される熱可塑性ポリマーは、あらゆる数のポリエステルまたはポリエステルコポリマー、好ましくは、生物由来のポリエステルから選択することができる。適切なポリエステルポリマーの非限定的な例は、ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)、ポリ乳酸(PLA)、ポリ(L-乳酸)(PLLA)、ポリ(ブチレンアジペート-コ-テレフタレート)(PBAT)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリヒドロキシブチレート(PHB)、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンアジペート(PBA)、熱可塑性デンプン(TPS)、およびそれらの1つまたは複数を含有する混合物を含む。幾つかの実施形態において、本開示の再利用可能、生分解性、および/または工業的に堆肥化可能な可撓性発泡体のために選択される熱可塑性ポリマーは、PBATを含むまたは完全にPBATからなる。幾つかの実施形態において、本開示の再利用可能、生分解性、および/または工業的に堆肥化可能な可撓性発泡体のために選択される熱可塑性ポリマーは、PHAを含むまたは完全にPHAからなる。 [0031] In some embodiments, the thermoplastic polymer used to make the reusable, biodegradable, and/or industrially compostable flexible foams of the present disclosure may be any Polyesters or polyester copolymers can be selected from a number of polyesters or polyester copolymers, preferably polyesters of biological origin. Non-limiting examples of suitable polyester polymers include polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polylactic acid (PLA), poly(L-lactic acid) (PLLA), poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT), Caprolactone (PCL), Polyhydroxyalkanoate (PHA), Polyhydroxybutyrate (PHB), Polybutylene Succinate (PBS), Polybutylene Succinate Adipate (PBSA), Polybutylene Adipate (PBA), Thermoplastic Starch (TPS) ), and mixtures containing one or more thereof. In some embodiments, the thermoplastic polymer selected for the reusable, biodegradable, and/or industrially compostable flexible foams of the present disclosure comprises or consists entirely of PBAT. Consists of PBAT. In some embodiments, the thermoplastic polymer selected for the reusable, biodegradable, and/or industrially compostable flexible foams of the present disclosure comprises or is completely PHA-based. Consists of PHA.

[0032]幾つかの実施形態において、本開示の適切な再利用可能なポリマーまたはポリマー混合物を製造するために、再利用された原料が使用される。幾つかの実施形態の目的は、可能な場合にはいつでも再利用されたポリマー原料を使用することである。再利用された原料を使用する一例は、幾つかの実施形態によれば、脱工業化ポリアミドカーペット繊維、収集された海洋プラスチック漁業網、または収集、分類、溶融、および再処理されたその他のプラスチック廃棄物材料を使用することである。幾つかのこのような実施例において、収集された廃棄物材料は、バージンクオリティのポリアミド前駆体(例えば、カプロラクタム)に再処理することができる。脱工業化カーペット繊維および使用済み漁業網から得られた典型的なカプロラクタムは、ジョージア州カーターズビル所在のAquafil USA Inc.によって製造されたEconylである。前述の熱可塑性ポリマー樹脂は、本開示の実施形態による最適な微小気泡可撓性発泡体構造を形成する際に有利な技術的特性を示した。これらの技術的特性のうちの幾つかは、利点の中でも特に、並外れた劣化性、優れた伸び、引張強さ、および圧縮永久ひずみを含む。 [0032] In some embodiments, recycled raw materials are used to make suitable recyclable polymers or polymer blends of the present disclosure. The goal of some embodiments is to use recycled polymer feedstock whenever possible. An example of using recycled raw materials is post-industrial polyamide carpet fiber, collected marine plastic fishing nets, or other plastic waste that is collected, sorted, melted, and reprocessed, according to some embodiments. It is the use of physical materials. In some such embodiments, the collected waste material can be reprocessed into virgin quality polyamide precursors (eg, caprolactam). Typical caprolactam obtained from post-industrial carpet fibers and used fishing nets is available from Aquafil USA Inc., Cartersville, Georgia. Econyl manufactured by. The aforementioned thermoplastic polymer resins have exhibited advantageous technical properties in forming optimal microcellular flexible foam structures according to embodiments of the present disclosure. Some of these technical properties include exceptional degradability, excellent elongation, tensile strength, and compression set, among other advantages.

[0033]さらに、幾つかの実施形態において、生物由来のポリマーが、本開示の可撓性発泡体を製造するために使用される。幾つかの実施形態において、「生物由来」または「バイオポリマー」または「バイオプラスチック」という用語は、本明細書において、(例えば、石油ベースソースとは反対に)生物学的起源に由来するポリマー、または生物学的起源に由来する前駆体材料(例えば、モノマー)から形成されたポリマーを指すために使用される場合がある。幾つかのこのような実施形態において、生物学的起源は、再生可能植物起源であってよい。本開示において使用するための適切なバイオポリマーの1つの非限定的な例は、イタリア、ノヴァラ所在のNovamont SpAによって製造された生物由来のPBATである。この生物由来のPBATは、生分解性かつ工業的に堆肥化可能であり、ポリマーの前駆体、すなわちアゼライン酸および生物由来バイオブタンジオール(bio-BDO)が、ポリマーの一次的な生物由来の性質を形成する。この生物由来のPBATは、本開示の実施形態による最適な微小気泡可撓性発泡体構造を形成する際に全体的な有利な技術的特性を示す。向上した技術的特性のうちの幾つかは、利点の中でも特に、並外れた劣化性、優れた伸び、引張強さ、および圧縮永久ひずみを含む。植物に加えて、幾つかの実施形態において、「生物由来」または「バイオポリマー」または「バイオプラスチック」材料の生物学的起源は、例えば、微生物(例えば、バクテリア)、藻、動物(例えば、動物脂肪/脂質)、および/または昆虫を含む。 [0033] Additionally, in some embodiments, biologically derived polymers are used to make the flexible foams of the present disclosure. In some embodiments, the term "biologically derived" or "biopolymer" or "bioplastic" as used herein refers to polymers derived from biological sources (as opposed to, e.g., petroleum-based sources); or may be used to refer to polymers formed from precursor materials (eg, monomers) derived from biological sources. In some such embodiments, the biological source may be of renewable plant origin. One non-limiting example of a suitable biopolymer for use in this disclosure is bio-based PBAT manufactured by Novamont SpA of Novara, Italy. This bio-based PBAT is biodegradable and industrially compostable, and the polymer precursors, namely azelaic acid and bio-based bio-butanediol (bio-BDO), are the primary bio-based properties of the polymer. form. This bio-derived PBAT exhibits overall advantageous technical properties in forming optimal microcellular flexible foam structures according to embodiments of the present disclosure. Some of the improved technical properties include exceptional degradability, superior elongation, tensile strength, and compression set, among other benefits. In addition to plants, in some embodiments the biological origin of the "biologically derived" or "biopolymer" or "bioplastic" material may be, for example, microorganisms (e.g., bacteria), algae, animals (e.g., fats/lipids) and/or insects.

[0034]幾つかの実施形態において、2つ以上の熱可塑性ポリマーの混合物を利用することができる。幾つかの実施形態において、2つ以上の熱可塑性ポリマーの混合物は、単一のポリマーにおいて見られない特性の組合せを提供することができる。ポリマーをうまく混合するために幾つかの方法がある。1つのこのような方法は、ツインスクリュー押し出し機を使用して、2つ以上のポリマー樹脂を溶融させ、次いで、溶融したポリマー樹脂混合物をストランドになるように押し出し、ストランドは冷却されて、マスターバッチと呼ばれるペレット化されたピースの配列を製造するためにペレタイザに供給される。ポリマー混合の別の方法は、相溶化剤を使用して、ポリマー混合物における異なるポリマーを結合させることである。この方法も、ツインスクリュー押し出し機等を使用して、相溶化剤および2つ以上のポリマーを溶融させ、混合物を形成してよい。 [0034] In some embodiments, mixtures of two or more thermoplastic polymers can be utilized. In some embodiments, a mixture of two or more thermoplastic polymers can provide a combination of properties not found in a single polymer. There are several ways to successfully mix polymers. One such method uses a twin-screw extruder to melt two or more polymer resins, then extrude the molten polymer resin mixture into strands, which are cooled to form a masterbatch. is fed into a pelletizer to produce an array of pelletized pieces called . Another method of polymer mixing is to use compatibilizers to combine the different polymers in a polymer mixture. This method may also use a twin screw extruder or the like to melt the compatibilizer and two or more polymers to form a mixture.

[0035]添加物
[0036]幾つかの実施形態において、用途に応じて、1つまたは複数の添加物が選択的にポリマー製剤に添加されてよい。1つまたは複数の添加物は、例えば、1つまたは複数の充填剤、核形成剤および/または着色剤を含むことができる。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の添加物は、結果として生じる発泡体の物理的および/または化学的特性を調節するために含まれてよい。好ましくは、幾つかの実施形態において、1つまたは複数の添加物は、再利用可能および/または堆肥化可能な材料を含むまたはそれらからなる。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の生分解性および/または再利用可能な結合剤(バインダ)が、膨らんだペレットを溶融させることを助けるために選択的に含まれる。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の添加物は、押し出しの前にポリマーに添加されてよい(例えば、マスターバッチと混合される)。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の添加物は、追加的または代替的に、押し出し機に加えられ、押し出し機においてポリマーと混合されてよい(例えば、押し出し機への側方送り込みを介して)。
[0035] Additives
[0036] In some embodiments, one or more additives may be selectively added to the polymer formulation depending on the application. The one or more additives can include, for example, one or more fillers, nucleating agents and/or colorants. In some embodiments, one or more additives may be included to adjust the physical and/or chemical properties of the resulting foam. Preferably, in some embodiments, the one or more additives include or consist of recyclable and/or compostable materials. In some embodiments, one or more biodegradable and/or recyclable binders are optionally included to help melt the expanded pellets. In some embodiments, one or more additives may be added to the polymer (eg, mixed with the masterbatch) prior to extrusion. In some embodiments, one or more additives may additionally or alternatively be added to the extruder and mixed with the polymer in the extruder (e.g., via side feed into the extruder). hand).

[0037]幾つかの実施形態において、パートコストを減じるために、1つまたは複数の充填剤が、選択的に、ポリマーに加えられてよい。例えば、幾つかの実施形態において、1つまたは複数の充填剤は、ポリマー材料よりも低い重量当たりコストを有し、製品に対する物理的かさおよび/または改善された特定の性能を追加するために使用されてよい。幾つかの非限定的な実施例において、1つまたは複数の充填剤は、含まれる場合、負荷重量比で1%~30%の範囲で加えられてよい。1つまたは複数の充填剤は、例えば、沈殿させられた炭酸カルシウム、魚卵状アラゴナイト、デンプン、バイオマス等を含んでよい。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の充填剤のための材料は、可撓性発泡体および/または最終製品が再利用可能および/または堆肥化可能なままであるように選択される。 [0037] In some embodiments, one or more fillers may be optionally added to the polymer to reduce part cost. For example, in some embodiments, one or more fillers have a lower cost per weight than the polymeric material and are used to add physical bulk and/or improved specific performance to the product. It's okay to be. In some non-limiting examples, one or more fillers, if included, may be added in a range of 1% to 30% by weight. The filler or fillers may include, for example, precipitated calcium carbonate, ooliform aragonite, starch, biomass, and the like. In some embodiments, the materials for the one or more fillers are selected such that the flexible foam and/or the final product remains reusable and/or compostable.

[0038]核形成剤、例えば、微細ラメラタルクまたは高アスペクト比魚卵状アラゴナイトが、幾つかの実施形態において含まれてよい。核形成剤は、幾つかの実施形態において、有利に高められた特質の中でも特に、セル合体(例えば、気泡の合併)を防止し、かさ密度を低下させ、反発弾性を改善することによって、結果として生じる可撓性発泡体の主要な特性を著しく改善することができる。幾つかのこのような実施形態において、核形成材料は、発泡体材料における個々の気泡の量を増大させることによって発泡を改善する。可撓性発泡体を製造する際に使用するための核形成剤の複数の非限定的な例は、テキサス州ヒューストン所在のImerys Talc America Inc.によってMistrocell(登録商標)として市販されている微細ラメラタルク、およびアラバマ州ギャズデン所在のCalcean Minerals & Materials LLCによってOceanCal(登録商標)として市販されている高アスペクト比魚卵状アラゴナイトを含む。幾つかの非限定的な例において、1つまたは複数の核形成剤は、含まれる場合、負荷重量比において0.1%~10%の範囲で含まれてよい。 [0038] Nucleating agents, such as fine lamellar talc or high aspect ratio ooliform aragonite, may be included in some embodiments. Nucleating agents, in some embodiments, improve results by preventing cell coalescence (e.g., bubble merging), reducing bulk density, and improving rebound resilience, among other advantageously enhanced properties. The main properties of the resulting flexible foam can be significantly improved. In some such embodiments, the nucleating material improves foaming by increasing the amount of individual cells in the foam material. Non-limiting examples of nucleating agents for use in making flexible foams are available from Imerys Talc America Inc., Houston, Texas. and high aspect ratio ooliform aragonite sold as OceanCal® by Calcean Minerals & Materials LLC of Gadsden, Alabama. In some non-limiting examples, one or more nucleating agents, if included, may be included in a range of 0.1% to 10% by weight ratio.

[0039]さらなる実施形態において、完成した発泡体製品の生分解を加速させかつ/または改善するように構成された1つまたは複数の添加物が含まれてよい。1つの実施例において、幾つかの例において適切であるように生分解を加速させるためにおよび特定のエンドマーケット使用のために、オリゴマーポリ(アスパラギン酸-コ-ラクチド)(PAL)が選択的にマスターバッチに混合されてよい。 [0039] In further embodiments, one or more additives configured to accelerate and/or improve biodegradation of the finished foam product may be included. In one example, oligomeric poly(aspartic acid-co-lactide) (PAL) is selectively used to accelerate biodegradation and for certain end market uses, as may be appropriate in some instances. May be mixed into a masterbatch.

[0040]幾つかの実施形態において、結果として生じる可撓性発泡体の色を変化させるために1つまたは複数の着色剤が選択的に含まれてよい。例えば、染料または顔料などの様々な着色剤が、選択的に本発明のポリマー製剤に含まれてよい。複数の非限定的な例は、特定のタイプの熱可塑性ポリマー使用のために調製された顔料、例えば、ドイル、ビンゲン・アム・ライン所在のTreffert GmBH & Co.KGによって提供される顔料またはインディアナ州リッチモンド所在のHolland Colours Americas Inc.によって提供されるものである。幾つかの非限定的な実施例において、1つまたは複数の着色剤は、含まれる場合、負荷重量比において0.1%~5%の範囲で加えられてよい。 [0040] In some embodiments, one or more colorants may be selectively included to change the color of the resulting flexible foam. For example, various colorants such as dyes or pigments may optionally be included in the polymer formulations of the present invention. Some non-limiting examples include pigments prepared for use with certain types of thermoplastic polymers, such as those manufactured by Treffert GmBH & Co., Doyle, Bingen am Rhein. Pigments provided by KG or Holland Colors Americas Inc., Richmond, Indiana. It is provided by. In some non-limiting examples, one or more colorants, if included, may be added in a range of 0.1% to 5% by weight ratio.

[0041]発泡剤
[0042]本開示の幾つかのプロセスに従って発泡体を製造するために、ポリマー製剤は発泡剤と混合される。従来の製造プロセスにおいて使用される広く知られた発泡剤は、アゾジカーボンアミド(ADA)である。ADAは、典型的には、従来の射出成形発泡プロセスにおいて使用するために従来の熱可塑性マスターバッチ樹脂に予め含浸させられる。しかしながら、ADAは、環境的に優しいとは考えられず、人間の健康にとって疑わしい発がん物質である。さらに、ADAを使用する従来の発泡プロセスは、典型的には、製造プロセス中に架橋され、したがって、再利用可能または堆肥化可能ではない発泡体を製造する。したがって、好ましい実施形態において、本開示のプロセスはADAを使用しない。
[0041] Foaming agent
[0042] To make foams according to some processes of this disclosure, the polymer formulation is mixed with a blowing agent. A widely known blowing agent used in conventional manufacturing processes is azodicarbonamide (ADA). ADA is typically pre-impregnated into conventional thermoplastic masterbatch resins for use in conventional injection molding foam processes. However, ADA is not considered environmentally friendly and is a suspected carcinogen for human health. Additionally, conventional foaming processes using ADA typically produce foams that are crosslinked during the manufacturing process and are therefore not recyclable or compostable. Therefore, in preferred embodiments, the processes of the present disclosure do not use ADA.

[0043]幾つかの実施形態において、本開示の発泡プロセスのための発泡剤として不活性ガスが使用される。幾つかの実施形態において、本開示の実施形態において使用される発泡剤は、窒素ガス(N)または二酸化炭素(CO)のいずれかである。幾つかの実施形態において、発泡剤は、超臨界流体(SCF)としてポリマー材料と混合される。幾つかの実施形態において、SCFおよびポリマー材料は、単相溶液を形成する。幾つかの実施形態において、本開示の発泡プロセスは、連続的な形式の押し出し物を形成するために、ポリマーおよび超臨界流体(SCF)の単相溶液を押し出し機ダイに通過させることを含む。幾つかの実施形態において、押し出し物は環状である。幾つかの実施形態において、押し出し物は平坦なシートに形成される。その他の実施形態によればその他の形状も可能である。幾つかの実施形態において、ポリマーおよび超臨界流体(SCF)の単相溶液が押し出し機ダイを通過するときに、均質なセル核形成が生じる。幾つかの実施形態において、溶液が押し出し機ダイから出るとき、圧力が降下し、これにより、次いで、SCFが溶液から出て、セル核を形成する。セルは、次いで、材料が膨張するまで成長し、SCFの膨張能力が費やされ、これにより、結果として生じる発泡体を安定させる。本明細書においてさらに説明するように、幾つかの実施形態によるプロセスは、単相溶液を形成するためにポリマーへの不活性SCFの計測、排出および混合を許容するように修正された押し出し機械において行われてよい。 [0043] In some embodiments, an inert gas is used as a blowing agent for the foaming process of the present disclosure. In some embodiments, the blowing agent used in embodiments of the present disclosure is either nitrogen gas ( N2 ) or carbon dioxide ( CO2 ). In some embodiments, the blowing agent is mixed with the polymeric material as a supercritical fluid (SCF). In some embodiments, the SCF and polymeric material form a single phase solution. In some embodiments, the foaming process of the present disclosure includes passing a single phase solution of polymer and supercritical fluid (SCF) through an extruder die to form a continuous format extrudate. In some embodiments, the extrudate is annular. In some embodiments, the extrudate is formed into a flat sheet. Other shapes are possible according to other embodiments. In some embodiments, homogeneous cell nucleation occurs when a single phase solution of polymer and supercritical fluid (SCF) passes through an extruder die. In some embodiments, as the solution exits the extruder die, the pressure drops, which then causes the SCF to exit the solution and form the cell core. The cells then grow until the material expands, expending the expansion capacity of the SCF, thereby stabilizing the resulting foam. As further described herein, the process according to some embodiments is performed in an extrusion machine modified to allow metering, evacuation and mixing of inert SCF into the polymer to form a single phase solution. It may be done.

[0044]発泡剤としての窒素および二酸化炭素の有効性の差は、ポリマーメルトにおけるそれらの挙動から生じる。臨界点(約31℃および約73bar)よりも高い温度および圧力においてSCFとなる二酸化炭素は、約-147℃および約34barにおいて超臨界流体となる窒素よりも、ポリマーにおいて4~5倍溶けやすい。例えば、充填されていないポリマーにおける飽和点は、温度および圧力条件に応じて、窒素の約1.5~2質量パーセントであるが、二酸化炭素の飽和レベルは、8質量パーセントに近い。二酸化炭素は、ポリマーにおいてより大きな可動性も示し、二酸化炭素が、窒素よりも既存の気泡内へさらに移動することを可能にする。セル核形成の観点から、より高い溶解性および可動性は、より少ないセルが核形成されることを意味し、核形成を行うものは、より大きくなる傾向がある。 [0044] The difference in effectiveness of nitrogen and carbon dioxide as blowing agents arises from their behavior in polymer melts. Carbon dioxide, which becomes an SCF at temperatures and pressures above the critical point (about 31° C. and about 73 bar), is 4-5 times more soluble in polymers than nitrogen, which becomes a supercritical fluid at about −147° C. and about 34 bar. For example, the saturation point in unfilled polymers is about 1.5 to 2 weight percent of nitrogen, depending on temperature and pressure conditions, while the saturation level of carbon dioxide is closer to 8 weight percent. Carbon dioxide also exhibits greater mobility in the polymer, allowing it to move further into existing gas bubbles than nitrogen. From a cell nucleation perspective, higher solubility and mobility means fewer cells are nucleated, and those that do tend to be larger.

[0045]しかしながら、溶解性は、目的が粘度減少である場合には幾つかの実施形態によれば利点となる。幾つかの実施形態において、より低い粘度は、より低い部分重量のために有利である場合がある。幾つかの実施形態において、ポリマーに溶解させられたSCFは、可塑剤として作用し、ポリマーの粘度を減じる。粘度減少は、部分的に、ポリマーに加えられたSCFの量の関数であり、また、二酸化炭素は、窒素よりも高い溶解限度を有するので、二酸化炭素によって粘度を減じる能力のほうが大きい。 [0045] However, solubility is an advantage according to some embodiments when the goal is viscosity reduction. In some embodiments, lower viscosity may be advantageous due to lower part weight. In some embodiments, SCF dissolved in the polymer acts as a plasticizer and reduces the viscosity of the polymer. Viscosity reduction is, in part, a function of the amount of SCF added to the polymer, and since carbon dioxide has a higher solubility limit than nitrogen, the ability to reduce viscosity is greater with carbon dioxide.

[0046]部品を製造するために必要とされる窒素の量が低く、それにより、部品を一貫して処理することができない場合、幾つかの実施形態において、二酸化炭素も発泡剤として好ましい。幾つかの実施形態において、二酸化炭素が、窒素よりもポリマーにおけるより高い溶解性を有するならば、非常に低いレベルの窒素、0.05パーセント未満と比較して、低いレベルの二酸化炭素、0.15または0.2パーセントを用いるほうが容易であるときがある。これは、主に、厚い断面を有する柔軟な材料および部品で生じる。 [0046] Carbon dioxide is also preferred as a blowing agent in some embodiments when the amount of nitrogen required to manufacture the part is low so that the part cannot be processed consistently. In some embodiments, if carbon dioxide has a higher solubility in the polymer than nitrogen, low levels of carbon dioxide, 0.05 percent, compared to very low levels of nitrogen, less than 0.05 percent. Sometimes it is easier to use 15 or 0.2 percent. This mainly occurs with flexible materials and parts with thick cross-sections.

[0047]幾つかの代替的な実施形態において、1つまたは複数の発泡剤は、ポリマー材料の予め発泡されたペレットを予め膨張させるために使用される。幾つかの実施形態において、発泡剤は、不活性ガスである。幾つかのこのような実施形態において、発泡剤は、窒素または二酸化炭素のいずれかであってよい。幾つかの実施形態において、予備膨張は、ガス(例えば、窒素または二酸化炭素)をポリマーペレットに注入し、これにより、個々の膨張を強制して、予め発泡した膨らんだペレットを形成する。幾つかの実施形態において、これらの予め発泡したペレットは、次いで、任意の必要性を満たすために様々な厚さおよび長さの連続的なシートに押し出される。ペレットの完成した溶融したシートは、それぞれの個々の予め発泡されたペレットが複数の発泡および溶融したペレットに溶融した結果である。次いで、完成した均質なシートは、当該技術分野において知られるものなどの従来の手段によるダイカットおよび成形の準備が整っている。 [0047] In some alternative embodiments, one or more blowing agents are used to pre-expand pre-foamed pellets of polymeric material. In some embodiments, the blowing agent is an inert gas. In some such embodiments, the blowing agent can be either nitrogen or carbon dioxide. In some embodiments, pre-expansion involves injecting a gas (eg, nitrogen or carbon dioxide) into the polymer pellets, thereby forcing individual expansion to form pre-expanded, expanded pellets. In some embodiments, these pre-foamed pellets are then extruded into continuous sheets of varying thickness and length to meet any need. The finished fused sheet of pellets is the result of each individual pre-foamed pellet being fused into multiple foamed and fused pellets. The finished homogeneous sheet is then ready for die cutting and forming by conventional means such as those known in the art.

[0048]押し出しシステム
[0049]幾つかの態様によれば、本開示は、再利用可能、生分解性および/または工業的に堆肥化可能な可撓性発泡体を製造するためのシステムを提供する。様々な実施形態において、システムは、以下の構成要素のうちの1つまたは複数を含んでよい:ポリマー材料を溶融させかつ搬送するために構成された少なくとも1つの押し出し機、ポリマー材料を(例えば、ペレットの形態で)押し出し機に導入するように構成されたホッパ、および押し出し機によって押し出された材料を成形するためのダイ。幾つかの実施形態において、前述の構成要素は、単一の装置に組み合わされてよい。幾つかの実施形態において、本開示によるシステムは、さらに、ポリマー材料と混合されるための発泡剤(例えば、窒素または二酸化炭素)を供給するように構成されたガス源を含む。幾つかの実施形態において、システムは、さらに、押し出しシステムの様々なプロセスパラメータ、例えば、それらに限定されないが、温度、圧力、ポリマー供給速度、ガス投与、または押し出し速度のうちの1つまたは複数を制御するように構成された制御システムを含む。
[0048] Extrusion system
[0049] According to some aspects, the present disclosure provides a system for producing a flexible foam that is reusable, biodegradable, and/or industrially compostable. In various embodiments, the system may include one or more of the following components: at least one extruder configured to melt and convey the polymeric material (e.g., a hopper configured to introduce the material into the extruder (in the form of pellets), and a die for shaping the material extruded by the extruder. In some embodiments, the aforementioned components may be combined into a single device. In some embodiments, systems according to the present disclosure further include a gas source configured to provide a blowing agent (eg, nitrogen or carbon dioxide) for mixing with the polymeric material. In some embodiments, the system further controls one or more of various process parameters of the extrusion system, such as, but not limited to, temperature, pressure, polymer feed rate, gas dosing, or extrusion rate. including a control system configured to control.

[0050]幾つかの実施形態において、少なくとも1つの押し出し機は、スクリュー押し出し機であってよい。幾つかのこのような実施形態において、スクリュー押し出し機は、バレルと、バレル内に配置されかつバレル内で回転するように構成された少なくとも1つのスクリューとを含む。幾つかの実施形態において、少なくとも1つのスクリューは、押し出し機に導入されたポリマー材料を圧縮し、溶融させかつ搬送するように構成されている。幾つかの実施形態において、ポリマーマスターバッチ(例えば、ペレット化されたポリマー材料)を押し出し機のバレル内へ供給するためのホッパが含まれてよい。幾つかの実施形態において、ポリマーマスターバッチは、ホッパからホッパのスロートを通って押し出し機のバレルおよびスクリューアセンブリ内へ重力により供給されてよい。 [0050] In some embodiments, at least one extruder may be a screw extruder. In some such embodiments, the screw extruder includes a barrel and at least one screw disposed within the barrel and configured to rotate within the barrel. In some embodiments, at least one screw is configured to compress, melt, and convey polymeric material introduced into the extruder. In some embodiments, a hopper may be included to feed a polymer masterbatch (eg, pelletized polymer material) into the barrel of the extruder. In some embodiments, the polymer masterbatch may be gravity fed from the hopper through the throat of the hopper and into the barrel and screw assembly of the extruder.

[0051]幾つかの実施形態において、少なくとも1つのスクリューは、1つまたは複数のモータによって駆動されてよい。幾つかの実施形態において、スクリュー押し出し機は、2つ以上の回転するスクリューを有する多数スクリュー押し出し機である。幾つかのこのような実施形態において、スクリュー押し出し機は、互いに噛み合った一対の平行なスクリューを有するツインスクリュー押し出し機であってよい。さらなる実施形態において、スクリューは、往復スクリューであってよい。往復スクリューは、3つのゾーン、すなわち、供給ゾーン、圧縮(または移行)ゾーンおよび計測ゾーンを含んでよい。幾つかの実施形態において、システムは、少なくとも2つの押し出し機を含む。幾つかの実施形態において、システムは、第1の溶融押し出し機を含み、この第1の溶融押し出し機は、材料を第2の冷却押し出し機へ供給する。 [0051] In some embodiments, at least one screw may be driven by one or more motors. In some embodiments, the screw extruder is a multi-screw extruder having two or more rotating screws. In some such embodiments, the screw extruder may be a twin screw extruder having a pair of parallel screws that are intermeshed with each other. In further embodiments, the screw may be a reciprocating screw. A reciprocating screw may include three zones: a feed zone, a compression (or transition) zone, and a metering zone. In some embodiments, the system includes at least two extruders. In some embodiments, the system includes a first melt extruder that feeds material to a second cooling extruder.

[0052]幾つかの実施形態において、ノズルが存在してよく、ノズルは、押し出し機のバレルをダイに接続しており、バレルとダイとの間にシールを形成している。幾つかの実施形態において、ノズルの温度は、ポリマー材料の溶融温度またはそれよりも僅かに低く設定されてよい。幾つかの実施形態において、ダイは、スプルーブッシングを含み、ノズルはスプルーブッシングに接続されている。幾つかの実施形態において、排出システムも含まれてよい。排出システムは、幾つかの実施形態において、ノズルからダイまでの溶融ポリマーのための通路を提供し、一般的に、スプルー、コールドスラグウェル、メインランナ、ブランチランナ、ゲート等を含んでよい。幾つかの実施形態において、バレルが、完全に前方の処理位置にあるとき、ノズルの半径は、位置決めリングを備えたスプルーブッシングにおける凹状の半径に嵌合してシールしてよい。バレルのパージング(クリーニング)の間、バレルは、スプルーからバックアウトされてよく、それにより、パージ化合物はノズルから自由落下することができる。 [0052] In some embodiments, there may be a nozzle connecting the extruder barrel to the die and forming a seal between the barrel and the die. In some embodiments, the temperature of the nozzle may be set at or slightly below the melting temperature of the polymeric material. In some embodiments, the die includes a sprue bushing and the nozzle is connected to the sprue bushing. In some embodiments, an evacuation system may also be included. The exhaust system, in some embodiments, provides a path for the molten polymer from the nozzle to the die and may generally include sprues, cold slug wells, main runners, branch runners, gates, and the like. In some embodiments, when the barrel is in the fully forward processing position, the radius of the nozzle may fit and seal a concave radius in a sprue bushing with a locating ring. During barrel purging (cleaning), the barrel may be backed out of the sprue, allowing the purge compound to free fall from the nozzle.

[0053]さらなる態様において、システムは、追加的に、ガス(例えば、窒素または二酸化炭素)を受け取り、受け取ったガスを上記導入時に超臨界流体を製造するための条件下で押し出し機のバレル内へ導入するように構成された超臨界流体(SCF)投与システムを含んでよい。幾つかの実施形態において、超臨界流体投与システムは、ガスの臨界点を超えるように、受け取ったガスの圧力および/または温度を変更するように構成されてよい。幾つかの実施形態において、例えば、SCF投与システムは、ガス(例えば、窒素または二酸化炭素)の供給部、空気圧縮機、SCF計測および制御装置、SCF噴射器、および前後の逆流防止弁を含んでよい。幾つかの実施形態において、超臨界流体は、押し出し機のバレル内で熱可塑性ポリマーと混合される。幾つかの実施形態において、超臨界流体および熱可塑性ポリマーは、押し出し機のバレル内で単相溶液を形成する。幾つかの実施形態において、SCFが溶融ポリマーに完全に溶解し、均一に分散させられた単相溶液の生成は、注意深く制御されたプロセス条件下で押し出し機バレル内において行われる。幾つかの実施形態において、SCFは、正確に、固定された量の時間だけポリマー内へ計測された質量流量であるべきであり、その投与期間の間、温度、圧力および剪断の特定の条件がバレル内で確立されなければならない。幾つかの実施形態において、背圧、スクリュー速度およびバレル温度制御、ならびにSCF投与システムは全て、単相溶液を生成するプロセス条件を確立する際に役割を果たす。 [0053] In a further embodiment, the system additionally receives a gas (e.g., nitrogen or carbon dioxide) and directs the received gas into the barrel of the extruder under conditions for producing a supercritical fluid upon said introduction. A supercritical fluid (SCF) administration system configured to introduce the supercritical fluid (SCF) may be included. In some embodiments, a supercritical fluid administration system may be configured to alter the pressure and/or temperature of a received gas above the critical point of the gas. In some embodiments, for example, the SCF dosing system includes a gas (e.g., nitrogen or carbon dioxide) supply, an air compressor, an SCF metering and control device, an SCF injector, and front and back check valves. good. In some embodiments, the supercritical fluid is mixed with the thermoplastic polymer within the barrel of the extruder. In some embodiments, the supercritical fluid and thermoplastic polymer form a single phase solution within the barrel of the extruder. In some embodiments, the production of a single-phase solution in which the SCF is completely dissolved and uniformly dispersed in the molten polymer occurs within an extruder barrel under carefully controlled process conditions. In some embodiments, the SCF should be a precisely measured mass flow rate into the polymer for a fixed amount of time, during which specific conditions of temperature, pressure, and shear are applied. Must be established within the barrel. In some embodiments, back pressure, screw speed and barrel temperature control, and the SCF dosing system all play a role in establishing process conditions that produce a single phase solution.

[0054]幾つかの実施形態において、プロセスセットアッププロシージャは、単相溶液を生じるスクリュー速度、温度、および圧力条件下で押し出し機バレル内への制御されたSCF投与を確立することを中心に展開する。幾つかの実施形態において、以下のシステムパラメータのうちの1つまたは複数は、SCF投与の基本条件が満たされていることを保証するために調節されてよい:
1)SCF飽和圧力:幾つかの実施形態において、不活性ガス飽和圧力および飽和温度の効果は、発泡体の膨張比において主要な役割を果たす。幾つかの非限定的な実施例において、飽和圧力は、75bar~200barの範囲、好ましくは90bar~150barの範囲であることができる。不活性ガス飽和温度は、例えば、特定の生分解性、工業的に堆肥化可能、および/または再利用されたおよび/または再利用可能なポリマーの滴点および溶融温度に応じて、90℃~200℃の範囲であることができる。さらに、発泡体の平均細孔径および気泡密度は、飽和圧力(選択されたポリマーへの不活性ガス飽和の圧力)の調節によってある程度まで制御可能である。小さな平均細孔径および高い気泡密度を得るためには幾つかの実施形態において高い不活性ガス飽和圧力が好ましい。不活性ガス飽和圧力および飽和温度の効果は、発泡体の膨張比において主要な役割を果たす。
2)SCF噴射器開放位置:このセットポイントは、SCF投与が開示するスクリュー位置をセットする。位置は、スクリュー回復中のバレルにおける圧力が投与の開始前に安定するようにセットされるべきである。非限定的な実施例として、開放位置は、7.62mm(0.3インチ)~10.16mm(0.4インチ)の範囲であることができる。
3)SCFパーセント:これは、投与されるSCFの実際の質量を制御する。SCFパーセントの非限定的な例は、0.45%~0.75%の範囲、より好ましくは、0.5%であることができる。
4)投与最適化:これは、投与時間を最大化しかつ流量(計測前圧力と排出圧力との間の差圧)を最少化することによって達成される。投与時間の非限定的な例は、1~2秒、より好ましくは、1.7秒である。幾つかの実施形態において、単一ポリマーメルトは、ダイ内で核形成され、ダイの出口において単一ポリマーメルト流として解放され、これにより、開放時間は、好ましくは、ほんの一瞬である。
[0054] In some embodiments, the process setup procedure revolves around establishing controlled SCF dosing into the extruder barrel under screw speed, temperature, and pressure conditions that result in a single-phase solution. . In some embodiments, one or more of the following system parameters may be adjusted to ensure that the basic conditions for SCF administration are met:
1) SCF Saturation Pressure: In some embodiments, the effects of inert gas saturation pressure and saturation temperature play a major role in the expansion ratio of the foam. In some non-limiting examples, the saturation pressure may range from 75 bar to 200 bar, preferably from 90 bar to 150 bar. The inert gas saturation temperature can range from 90°C to It can be in the range of 200°C. Additionally, the average pore size and cell density of the foam can be controlled to some extent by adjusting the saturation pressure (the pressure of inert gas saturation on the selected polymer). High inert gas saturation pressures are preferred in some embodiments to obtain small average pore sizes and high cell density. The effects of inert gas saturation pressure and saturation temperature play a major role in the expansion ratio of the foam.
2) SCF Injector Open Position: This set point sets the screw position at which SCF administration is open. The position should be set so that the pressure in the barrel during screw recovery stabilizes before the start of dosing. As a non-limiting example, the open position can range from 7.62 mm (0.3 inches) to 10.16 mm (0.4 inches).
3) Percent SCF: This controls the actual mass of SCF administered. A non-limiting example of a SCF percentage can range from 0.45% to 0.75%, more preferably 0.5%.
4) Dosing optimization: This is achieved by maximizing the dosing time and minimizing the flow rate (differential pressure between pre-metering pressure and discharge pressure). A non-limiting example of an administration time is 1-2 seconds, more preferably 1.7 seconds. In some embodiments, a single polymer melt is nucleated within a die and released as a single polymer melt stream at the exit of the die, such that the opening time is preferably only a fraction of a second.

[0055]幾つかの実施形態において、単相溶液が生成されると、押し出し機は、押し出しの開始まで溶液を加圧状態に維持する。幾つかの実施形態において、押し出し機は、圧力調整器弁とメルトポンプ制御との組み合わされた努力によってそうする。幾つかの実施形態において、圧力調整器弁は、減圧およびダイエレメント内への早期発泡を防止する。さらなる実施形態において、能動的または受動的スクリュー位置制御は、スクリューの後方移動による減圧を防止するために利用されてよい。幾つかのこのような実施形態において、能動的スクリュー位置制御の間、スクリューの位置は連続的に監視され、スクリューの背後に加えられる圧力は位置セットポイントを維持するように調節されるかまたは一定の圧力がスクリューの背後において保持される。受動的位置制御において、オイルが、背圧を調整するために使用されてよく、スクリュー回復の終了時にタンクへ流出することが防止される。この残留オイルは、単相溶液の圧力によりスクリューが後方へ移動しないように維持する。 [0055] In some embodiments, once the single-phase solution is produced, the extruder maintains the solution under pressure until the beginning of extrusion. In some embodiments, the extruder does so through the combined efforts of pressure regulator valves and melt pump controls. In some embodiments, a pressure regulator valve prevents pressure reduction and premature foaming into the die element. In further embodiments, active or passive screw position control may be utilized to prevent decompression due to backward movement of the screw. In some such embodiments, during active screw position control, the position of the screw is continuously monitored and the pressure applied behind the screw is adjusted or kept constant to maintain the position setpoint. pressure is maintained behind the screw. In passive position control, oil may be used to regulate back pressure and prevent spillage into the tank at the end of screw recovery. This residual oil keeps the screw from moving backwards due to the pressure of the single phase solution.

[0056]幾つかの実施形態において、本開示のシステムは、さらに、システムのバレルまたはその他の構成要素内の温度を監視および/または制御するように構成された1つまたは複数の温度センサを含んでよい。幾つかの実施形態において、システムは、システムのバレルまたはその他の構成要素内の圧力を監視および/または制御するように構成された1つまたは複数の圧力センサを含んでよい。追加的に、1つまたは複数のマイクロプロセッサを有する制御ユニットが含まれてよく、制御ユニットは、1つまたは複数のシステムパラメータに従って、押し出し機および超臨界ガス投与システムのうちの1つまたは複数を制御するように構成されている。幾つかの実施形態において、制御システムは、押し出し機動作における一貫性および再現性を提供するように構成されてよい。幾つかの実施形態において、制御システムは、温度、圧力、SCF投与、噴射速度、スクリュー速度および位置、ならびに液圧位置を含む処理パラメータを監視および制御する。制御システムは、単純なリレーオン/オフ制御から、極めて高度なマイクロプロセッサベースの閉ループ制御までの範囲にわたることができる。 [0056] In some embodiments, the systems of the present disclosure further include one or more temperature sensors configured to monitor and/or control the temperature within the barrel or other components of the system. That's fine. In some embodiments, the system may include one or more pressure sensors configured to monitor and/or control pressure within the barrel or other components of the system. Additionally, a control unit having one or more microprocessors may be included, the control unit controlling one or more of the extruder and the supercritical gas dosing system according to one or more system parameters. configured to control. In some embodiments, the control system may be configured to provide consistency and reproducibility in extruder operation. In some embodiments, the control system monitors and controls process parameters including temperature, pressure, SCF dosing, injection rate, screw speed and position, and hydraulic position. Control systems can range from simple relay on/off controls to highly sophisticated microprocessor-based closed loop controls.

[0057]幾つかの実施形態において、システムおよび/またはそのあらゆるサブシステムは、1つまたは複数のセンサ、例えば、温度センサ、圧力センサ、加速度計、ジャイロスコープおよび配向センサを含んでよい。幾つかの実施形態において、1つまたは複数のセンサは、押し出し機、ダイなどの内部に、押し出しシステムのその他の構成要素のうちの1つまたは複数と通信して位置決めされるように構成されている。様々な実施形態において、1つまたは複数のセンサは、スマートセンサであってよく、ネットワークに接続するように構成された通信モジュールを含んでよい。幾つかの実施形態において、通信モジュールは、さらに、無線通信を行うように構成されてよい。幾つかの実施形態において、システムおよび/またはその様々な部分のいずれかは、通信モジュールが、WIFI、Bluetooth、低エネルギーBluetooth、ならびに3G、4Gおよび5Gセルラー通信を含む1つまたは複数の無線通信プロトコルを実行するように構成されているところなど、制御システム、SCF投与システムおよびガス反対圧力制御ユニットのうちの1つまたは複数に結合されてよい通信モジュールを含んでよい。 [0057] In some embodiments, the system and/or any subsystem thereof may include one or more sensors, such as a temperature sensor, a pressure sensor, an accelerometer, a gyroscope, and an orientation sensor. In some embodiments, the one or more sensors are configured to be positioned within the extruder, die, etc., in communication with one or more of the other components of the extrusion system. There is. In various embodiments, one or more sensors may be smart sensors and may include a communication module configured to connect to a network. In some embodiments, the communication module may be further configured to perform wireless communications. In some embodiments, the system and/or any of its various parts are configured such that the communication module supports one or more wireless communication protocols, including WIFI, Bluetooth, low energy Bluetooth, and 3G, 4G and 5G cellular communications. The communication module may include a communication module that may be coupled to one or more of a control system, an SCF administration system, and a gas counterpressure control unit, such as configured to perform a control system.

[0058]図2は、1つの非限定的な実施例による可撓性発泡体を製造するためのシステム200を示す。幾つかの実施形態において、第1の段階において、システム200は、マスターバッチ204のペレットを含むように構成された圧力容器202を含む。ペレットは、上述の熱可塑性ポリマー材料の非限定的な例のうちのいずれか1つまたは複数からなってよい。例えば、ペレットは、完全に1つまたは複数の再利用可能な熱可塑性ポリマーからなってよいか、または完全に1つまたは複数の生分解性熱可塑性ポリマー(例えば、1つまたは複数のバイオポリマー)からなってよい。幾つかの実施形態において、マスターバッチ204のペレットは、圧力容器202内で不活性ガス(例えば、二酸化炭素または窒素)が注入または飽和されてよい。 [0058] FIG. 2 depicts a system 200 for manufacturing flexible foam according to one non-limiting example. In some embodiments, in a first stage, system 200 includes a pressure vessel 202 configured to contain pellets of masterbatch 204. The pellets may be comprised of any one or more of the non-limiting examples of thermoplastic polymeric materials mentioned above. For example, the pellets may consist entirely of one or more recyclable thermoplastic polymers, or may consist entirely of one or more biodegradable thermoplastic polymers (e.g., one or more biopolymers). It may consist of In some embodiments, the pellets of masterbatch 204 may be injected or saturated with an inert gas (eg, carbon dioxide or nitrogen) within pressure vessel 202.

[0059]幾つかの実施形態において、(例えば、圧力容器202での)不活性ガス飽和圧力および飽和温度の効果は、発泡体の膨張比において主要な役割を果たす。幾つかの実施形態において、飽和圧力は、75bar~200bar、好ましくは、90bar~150barの範囲であることができる。不活性ガス飽和温度は、特定の生分解性、工業的に堆肥化可能、および/または再利用されたおよび/または再利用可能なポリマーの滴点および溶融温度に応じて、90℃~200℃の範囲であることができる。さらに、発泡体の平均細孔径および気泡密度は、飽和圧力、つまり選択されたポリマー内への不活性ガス飽和の圧力の調節によってある程度まで制御可能である。高い不活性ガス飽和圧力は、小さな平均細孔径および高い気泡密度を得るために理想的である。 [0059] In some embodiments, the effects of inert gas saturation pressure (eg, in pressure vessel 202) and saturation temperature play a major role in the expansion ratio of the foam. In some embodiments, the saturation pressure may range from 75 bar to 200 bar, preferably from 90 bar to 150 bar. Inert gas saturation temperatures range from 90°C to 200°C, depending on the dropping point and melting temperature of the particular biodegradable, industrially compostable, and/or recycled and/or recyclable polymer. can be in the range of Additionally, the average pore size and cell density of the foam can be controlled to some extent by adjusting the saturation pressure, ie, the pressure of inert gas saturation into the selected polymer. High inert gas saturation pressure is ideal to obtain small average pore size and high cell density.

[0060]幾つかの実施形態において、不活性ガスによる飽和に続く第2の段階において、マスターバッチ204のペレットは、ペレットを押し出し機208に供給するように構成されたホッパ206へ移送される。ペレットは、不活性ガスによる飽和の後、膨張状態にあってよい。幾つかの実施形態において、押し出し機208は、バレル212内に収容されかつバレル212内で回転するように構成された1つまたは複数の押し出しスクリュー210を含む。1つまたは複数の押し出しスクリュー210の回転は、例えば、モータ214によって駆動されてよい。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の押し出しスクリュー210は、ペレットが押し出し機208を通じて押し出されるときにマスターバッチ204の飽和したペレットを一緒に搬送、圧縮および溶融するように構成されており、ポリマーメルトを形成する。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の生分解性および/または再利用可能な結合剤(バインダ)が、選択的に、ペレットを溶融させることを助けるために含まれる。 [0060] In some embodiments, in a second stage following saturation with an inert gas, the pellets of masterbatch 204 are transferred to a hopper 206 that is configured to feed the pellets to an extruder 208. The pellets may be in an expanded state after saturation with an inert gas. In some embodiments, extruder 208 includes one or more extruder screws 210 contained within and configured to rotate within barrel 212. Rotation of one or more extrusion screws 210 may be driven by a motor 214, for example. In some embodiments, one or more extrusion screws 210 are configured to convey, compress, and melt together the saturated pellets of masterbatch 204 as the pellets are extruded through extruder 208; Form a polymer melt. In some embodiments, one or more biodegradable and/or recyclable binders are optionally included to help melt the pellets.

[0061]幾つかの実施形態において、ポリマーメルトは、押し出し機208によってダイ216を通じて押し出される。ダイ216は、幾つかの実施形態において、押し出し機208の端部に位置決めされてよく、ダイ216を通過するときにポリマーメルトを成形するように構成されている。幾つかの実施形態において、ダイ216の温度は、ポリマー材料の溶融温度またはそれよりも僅かに低く設定されている。幾つかの実施形態において、ポリマーメルトは、ダイ216を通じて押し出され、較正器218を通過する。幾つかの実施形態において、較正器218は、ダイを通じた押し出しに続いて押し出し物を冷却するように構成されている。幾つかの実施形態において、較正器218は、温度制御ユニット220(例えば、Thermolator(登録商標)温度制御ユニット)に接続されている。幾つかの実施形態において、温度制御ユニット220は、較正器218の温度を制御するように構成されている。幾つかの実施形態において、較正器218および/または温度制御ユニット220は、押し出し物を固化させるために押し出し物が較正器218を通過するときに押し出し物を十分に冷却するように構成されている。 [0061] In some embodiments, the polymer melt is extruded through die 216 by extruder 208. Die 216 may be positioned at the end of extruder 208 in some embodiments and is configured to shape the polymer melt as it passes through die 216. In some embodiments, the temperature of die 216 is set at or slightly below the melting temperature of the polymeric material. In some embodiments, the polymer melt is forced through die 216 and passes through calibrator 218. In some embodiments, calibrator 218 is configured to cool the extrudate following extrusion through the die. In some embodiments, calibrator 218 is connected to a temperature control unit 220 (eg, a Thermolator® temperature control unit). In some embodiments, temperature control unit 220 is configured to control the temperature of calibrator 218. In some embodiments, calibrator 218 and/or temperature control unit 220 are configured to cool the extrudate sufficiently as it passes through calibrator 218 to solidify the extrudate. .

[0062]さらなる実施形態において、較正器218は真空システム222に接続されている。幾つかの実施形態において、真空システム222は低圧ゾーンを形成するように構成されている。ポリマーメルトがダイ216から出て、低圧ゾーンに曝されると、ポリマーメルトに導入されたガスが膨張し、押し出された発泡体226を形成する。さらなる実施形態において、引っ張りシステム224が、押し出された発泡体226をダイ216から搬送するために含まれている。引っ張りシステム224は、例えば、押し出された発泡体226を受け取るように構成された1つまたは複数のローラを含んでよい。幾つかの実施形態において、引っ張りシステムのローラは、押し出された発泡体226を(例えば、平坦なシートに)成形することを助ける。 [0062] In a further embodiment, calibrator 218 is connected to vacuum system 222. In some embodiments, vacuum system 222 is configured to create a low pressure zone. As the polymer melt exits the die 216 and is exposed to a low pressure zone, the gases introduced into the polymer melt expand and form an extruded foam 226. In a further embodiment, a pulling system 224 is included to convey extruded foam 226 from die 216. Tensioning system 224 may include, for example, one or more rollers configured to receive extruded foam 226. In some embodiments, the rollers of the pulling system help shape the extruded foam 226 (eg, into a flat sheet).

[0063]図3は、別の非限定的な実施例による可撓性発泡体を製造するためのシステム300を示す。幾つかの実施形態において、システム300は、第1の押し出し機306にマスターバッチ304のペレットを供給するように構成されたホッパ302を含む。ペレットは、上述の非限定的な熱可塑性ポリマー材料のいずれかからなってよい。幾つかの実施形態において、第1の押し出し機306はメルト押し出し機である。幾つかの実施形態において、第1の押し出し機306は、バレル310内に収容されかつバレル310内で回転するように構成された1つまたは複数の押し出しスクリュー308を含む。1つまたは複数の押し出しスクリュー308の回転は、例えば、歯車314のシステムによって押し出しスクリュー308に接続された第1のモータ312によって駆動されてよい。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の押し出しスクリュー308は、ペレットが第1の押し出し機306を通じて押し出されるときにマスターバッチ304のペレットを搬送、圧縮および溶融するように構成されており、ポリマーメルトを形成する。 [0063] FIG. 3 depicts a system 300 for manufacturing flexible foam according to another non-limiting example. In some embodiments, system 300 includes a hopper 302 configured to feed pellets of masterbatch 304 to a first extruder 306. The pellets may be comprised of any of the non-limiting thermoplastic polymeric materials mentioned above. In some embodiments, first extruder 306 is a melt extruder. In some embodiments, first extruder 306 includes one or more extruder screws 308 that are housed within barrel 310 and configured to rotate within barrel 310. Rotation of the extrusion screw or screws 308 may be driven, for example, by a first motor 312 connected to the extrusion screw 308 by a system of gears 314. In some embodiments, one or more extrusion screws 308 are configured to convey, compress, and melt pellets of masterbatch 304 as the pellets are extruded through first extruder 306 to Form a melt.

[0064]システム300は、幾つかの実施形態において、ポリマーメルトと混合されるために不活性ガスを第1の押し出し機306内へ供給するように構成された超臨界流体(SCF)投与システム316を含む。幾つかのこのような実施形態において、SCF投与システム316は、例えば、不活性ガス(例えば、窒素または二酸化炭素)の供給部(例えば、タンク)318、ポンプ制御装置320、不活性ガスの流れを制御するための弁322,324、および第1の押し出し機306内へ不活性ガスを噴射するための噴射ライン316のうちの1つまたは複数を含む。幾つかの実施形態において、SCF投与システム316は、不活性ガスを超臨界流体として第1の押し出し機306に導入するように構成されている。幾つかのこのような実施形態において、SCF投与システム316は、ガスの臨界点よりも高い圧力および温度で不活性ガスを第1の押し出し機内へ噴射するように構成されている。例えば、幾つかの実施形態において、SCF投与システム316は、約150bar~約300barの範囲の圧力および約150℃~約350℃の温度で超臨界流体を導入するように構成されている。幾つかの実施形態において、SCF投与システム316は、約90bar~約150barの範囲の圧力および約90℃~約200℃の温度で超臨界流体を導入するように構成されている。幾つかの実施形態において、第1の押し出し機306内の圧力および温度は、不活性ガスを超臨界状態に維持するために十分である。 [0064] The system 300, in some embodiments, includes a supercritical fluid (SCF) dosing system 316 configured to supply an inert gas into the first extruder 306 to be mixed with the polymer melt. including. In some such embodiments, the SCF dosing system 316 includes, for example, a supply (e.g., tank) 318 of an inert gas (e.g., nitrogen or carbon dioxide), a pump controller 320, a flow of inert gas, etc. It includes one or more of valves 322 , 324 for controlling, and injection line 316 for injecting inert gas into first extruder 306 . In some embodiments, the SCF dosing system 316 is configured to introduce an inert gas as a supercritical fluid into the first extruder 306. In some such embodiments, the SCF dosing system 316 is configured to inject the inert gas into the first extruder at a pressure and temperature above the critical point of the gas. For example, in some embodiments, SCF administration system 316 is configured to introduce supercritical fluid at a pressure in the range of about 150 bar to about 300 bar and a temperature of about 150°C to about 350°C. In some embodiments, the SCF administration system 316 is configured to introduce supercritical fluid at a pressure in the range of about 90 bar to about 150 bar and a temperature of about 90°C to about 200°C. In some embodiments, the pressure and temperature within the first extruder 306 are sufficient to maintain the inert gas in a supercritical state.

[0065]幾つかの実施形態において、超臨界流体およびポリマーメルトは、単相溶液を形成するために第1の押し出し機306内で混合される。幾つかの実施形態において、単相溶液は、第1の押し出し機306から管328を介して第2の押し出し機330へ押し出される。幾つかの実施形態において、第2の押し出し機330は、冷却押し出し機である。幾つかの実施形態において、第2の押し出し機330の使用は、発泡体気泡の崩壊および収縮を回避することを助ける。さらなる実施形態において、第2の押し出し機330の使用は、滑らかでかつ均質な発泡体構造を製造することを助ける。幾つかの実施形態において、第2の押し出し機330は、第2のバレル334内に収容されかつ第2のバレル334内で回転するように構成された1つまたは複数の押し出しスクリュー332を含む。1つまたは複数の押し出しスクリュー332の回転は、例えば、歯車338の第2のシステムによって押し出しスクリュー332に接続された第2のモータ336によって駆動されてよい。幾つかの実施形態において、1つまたは複数の押し出しスクリュー332は、(例えば、水、油またはその他の冷媒を介して)内部で冷却される。幾つかのこのような実施形態において、1つまたは複数の押し出しスクリュー332の冷却は、第2の押し出し機330を通じて押し出されるポリマー材料が1つまたは複数の押し出しスクリュー332に付着することを防止し得る。 [0065] In some embodiments, the supercritical fluid and polymer melt are mixed within the first extruder 306 to form a single phase solution. In some embodiments, a single phase solution is extruded from first extruder 306 via tube 328 to second extruder 330. In some embodiments, second extruder 330 is a chilled extruder. In some embodiments, the use of second extruder 330 helps avoid foam cell collapse and shrinkage. In further embodiments, the use of a second extruder 330 helps produce a smooth and homogeneous foam structure. In some embodiments, the second extruder 330 includes one or more extruder screws 332 that are housed within a second barrel 334 and configured to rotate within the second barrel 334. Rotation of the extrusion screw or screws 332 may be driven, for example, by a second motor 336 connected to the extrusion screw 332 by a second system of gears 338. In some embodiments, one or more extrusion screws 332 are internally cooled (eg, via water, oil, or other coolant). In some such embodiments, cooling the one or more extrusion screws 332 may prevent polymeric material extruded through the second extruder 330 from sticking to the one or more extrusion screws 332. .

[0066]幾つかの実施形態において、第2の押し出し機330は、ダイ340を通じてポリマーメルトを搬送しかつ押し出すように構成されている。ダイ340は、幾つかの実施形態において、ダイ340を通過するときにポリマーメルトを成形するように構成されている。幾つかの実施形態において、システム300は、第2の押し出し機330とダイ340との間に配置されたミキサ342を含む。さらなる実施形態において、システム300は、第2の押し出し機330とダイ340との間に配置された熱交換器344を含む。さらなる実施形態において、システム300は、第2の押し出し機330とダイ340との間に配置されたメルトポンプ346を含む。幾つかの実施形態において、メルトポンプ346は、ダイ340の出力を正確に制御するように構成されている。幾つかのこのような実施形態において、メルトポンプ346は、押し出された材料を第2の押し出し機330から受け取る吸引側と、押し出された材料をダイ340へ出力する排出側とを含む。幾つかの実施形態において、押し出された材料は、第2の押し出し機330からメルトポンプ346へミキサ342を通過する。幾つかの実施形態において、メルトポンプ346は、押し出された材料をより一貫した圧力および体積でダイ340へ出力するように構成されている。幾つかの実施形態において、熱交換器344は、第2の押し出し機330、メルトポンプ346および/またはダイ340の温度を調整することを助けるように構成されている。幾つかの実施形態において、ポリマーメルトがダイ340を出るとき、ポリマーメルトに導入されたガスが膨張し、押し出された発泡体350を形成する。幾つかの実施形態において、引っ張りシステム348が、押し出された発泡体350をダイ340から搬送するために含まれてよい。 [0066] In some embodiments, second extruder 330 is configured to convey and extrude the polymer melt through die 340. Die 340 is configured, in some embodiments, to shape the polymer melt as it passes through die 340. In some embodiments, system 300 includes a mixer 342 disposed between second extruder 330 and die 340. In a further embodiment, system 300 includes a heat exchanger 344 disposed between second extruder 330 and die 340. In a further embodiment, system 300 includes a melt pump 346 disposed between second extruder 330 and die 340. In some embodiments, melt pump 346 is configured to precisely control the output of die 340. In some such embodiments, melt pump 346 includes a suction side that receives extruded material from second extruder 330 and a discharge side that outputs extruded material to die 340. In some embodiments, the extruded material passes through mixer 342 from second extruder 330 to melt pump 346. In some embodiments, melt pump 346 is configured to output extruded material to die 340 at a more consistent pressure and volume. In some embodiments, heat exchanger 344 is configured to help regulate the temperature of second extruder 330, melt pump 346, and/or die 340. In some embodiments, as the polymer melt exits die 340, the gas introduced into the polymer melt expands and forms extruded foam 350. In some embodiments, a pulling system 348 may be included to convey extruded foam 350 from die 340.

[0067]幾つかの実施形態において、システム300は、さらに、システムの様々な構成要素に結合された1つまたは複数のセンサ352を含んでよい。1つまたは複数のセンサ352は、例えば、構成要素の様々な動作パラメータを測定するように構成された圧力センサ、温度センサ等を含んでよい。1つまたは複数のセンサ352は、例えば、第1の押し出し機306、第2の押し出し機330およびダイ340のうちの1つまたは複数に結合されてよい。幾つかの実施形態において、1つまたは複数のセンサ352は、さらに、制御システム(図示せず)と(例えば、無線で)通信するように構成されてよく、制御システム自体は、1つまたは複数のセンサ352によって検出されたパラメータに応答してシステム300の構成要素の動作を制御するように構成されている。例えば、幾つかの実施形態における制御システムは、システム300の幾つかの構成要素を所定の範囲の温度および/または圧力において動作させるおよび/または維持するために1つまたは複数のセンサ352からのフィードバックに依存してよい。押し出し機速度、温度制御システム、および/またはその他の構成要素が、制御システムによって調節されてよい。 [0067] In some embodiments, system 300 may further include one or more sensors 352 coupled to various components of the system. One or more sensors 352 may include, for example, pressure sensors, temperature sensors, etc. configured to measure various operating parameters of the component. One or more sensors 352 may be coupled to one or more of first extruder 306, second extruder 330, and die 340, for example. In some embodiments, one or more sensors 352 may be further configured to communicate (e.g., wirelessly) with a control system (not shown), which itself may be configured to communicate with one or more sensors 352. The system 300 is configured to control operation of the components of the system 300 in response to parameters detected by the sensor 352 of the system 300 . For example, the control system in some embodiments uses feedback from one or more sensors 352 to operate and/or maintain certain components of system 300 at a predetermined range of temperatures and/or pressures. may depend on. Extruder speed, temperature control system, and/or other components may be adjusted by the control system.

[0068]本明細書に説明されているように、本開示の実施形態に従って製造された発泡体は、様々な工業および最終製品、例えば、それらに限定されないが、履物構成要素(例えば、靴のインソールまたはミッドソール)、座席構成要素、防具構成要素、車両構成要素、寝具材料、およびウォータースポーツアクセサリにおいて有用であり得る。幾つかの実施形態において、本開示の押し出された発泡体は、意図された用途に応じて、様々な所定の寸法(例えば、厚さ、長さ、幅)で形成されてよい。さらなる実施形態において、押し出された発泡体は、引き続き、最終製品を形成するために有用な発泡体ピースを形成するために切断または成形(例えば、圧縮成形を介して)されてよい。例えば、本開示の実施形態に従って形成された生分解性および/または再利用可能な発泡体のシートは、「ブロッカ」と呼ばれてよい使用可能なピースにダイカットされてよい。ブロッカは、次いで、例えば、靴またはその他の履物を組み立てる際に使用するための成形された履物ミッドソールを形成するために圧縮成形されてよい。 [0068] As described herein, foams made according to embodiments of the present disclosure can be used in a variety of industrial and end products, including, but not limited to, footwear components (e.g., shoes). Insoles or midsoles), seating components, armor components, vehicle components, bedding materials, and water sports accessories. In some embodiments, the extruded foams of the present disclosure may be formed with various predetermined dimensions (eg, thickness, length, width) depending on the intended use. In further embodiments, the extruded foam may subsequently be cut or shaped (eg, via compression molding) to form foam pieces useful for forming the final product. For example, sheets of biodegradable and/or reusable foam formed according to embodiments of the present disclosure may be die cut into usable pieces that may be referred to as "blockers." The blocker may then be compression molded, for example, to form a shaped footwear midsole for use in constructing a shoe or other footwear.

[0069]幾つかの実施形態による発泡体は、架橋なしで、再利用された、再利用可能、生分解性、および/または堆肥化可能な材料から形成されるので、発泡体は、従来の発泡体材料(例えば、EVAまたはTPU発泡体)に代わる環境的に優しい代替物を提供する。発泡体の可使時間の終了時、発泡体は、生分解性発泡体の場合には選択的に生分解または堆肥化することができ、または再利用可能な発泡体の場合には(例えば、新たな発泡体に)再利用および再処理することができる。幾つかの実施形態において、発泡体は、架橋剤またはその他の妨げる化学添加物の欠如により、使用可能な前駆体成分(例えば、モノマー)に再び分解することができる。 [0069] Because the foam according to some embodiments is formed from recycled, recyclable, biodegradable, and/or compostable materials without crosslinking, the foam is Provides an environmentally friendly alternative to foam materials (e.g. EVA or TPU foam). At the end of the foam's pot life, the foam can be selectively biodegraded or composted in the case of biodegradable foams, or can be selectively biodegraded or composted in the case of reusable foams (e.g. can be recycled and reprocessed (into new foam). In some embodiments, the foam can be broken down again into usable precursor components (eg, monomers) due to the lack of crosslinkers or other interfering chemical additives.

[0070]添付の特許請求の範囲によって定義された発明の思想および範囲から逸脱することなく本明細書において様々な変更、代用および修正を行うことができることが理解されるべきである。特定の実施形態に属するものとして本明細書において特定された個々の要素は発明のその他の実施形態に含まれてもよいことも明らかであるべきである。さらに、本願の範囲は、明細書に説明されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者が本明細書における開示から容易に認めるように、本明細書に説明された対応する実施形態と実質的に同じ機能を果たすまたは実質的に同じ結果を達成する、現時点で既存のまたは後に開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップは、本発明に従って利用されてよい。
[0070] It should be understood that various changes, substitutions, and modifications can be made herein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It should also be clear that individual elements identified herein as belonging to a particular embodiment may be included in other embodiments of the invention. Furthermore, the scope of the present application is not intended to be limited to the particular embodiments of the process, machine, manufacture, composition of matter, means, methods and steps described in the specification. As one of ordinary skill in the art will readily appreciate from the disclosure herein, any now existing or later embodiments that perform substantially the same function or achieve substantially the same results as corresponding embodiments described herein. Any process, machine, manufacture, composition of matter, means, method or steps developed may be utilized in accordance with the present invention.

Claims (35)

本質的に、再利用された、再利用可能、生分解性および/または堆肥化可能な1つまたは複数の熱可塑性ポリマーからなる、マスターバッチ材料を押し出し機に導入することと、
不活性ガスを前記マスターバッチ材料と混合することと、
ポリマーメルトを形成するために前記押し出し機を通じて前記マスターバッチ材料を押し出すことと、
押し出し物を形成するために前記ポリマーメルトにダイを通過させることと、
前記押し出し物を発泡体に膨張させることと
を含む、
可撓性発泡体を製造するためのプロセス。
introducing into the extruder a masterbatch material consisting essentially of one or more recycled, recyclable, biodegradable and/or compostable thermoplastic polymers;
mixing an inert gas with the masterbatch material;
extruding the masterbatch material through the extruder to form a polymer melt;
passing the polymer melt through a die to form an extrudate;
and expanding the extrudate into a foam.
Process for producing flexible foam.
前記不活性ガスが、二酸化炭素である、
請求項1に記載のプロセス。
the inert gas is carbon dioxide;
A process according to claim 1.
前記不活性ガスが、窒素である、
請求項1に記載のプロセス。
the inert gas is nitrogen,
A process according to claim 1.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーが、ポリアミドまたはポリアミドコポリマーを含む、
請求項1から3のいずれか一項に記載のプロセス。
the one or more thermoplastic polymers include polyamides or polyamide copolymers;
A process according to any one of claims 1 to 3.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーが、
ポリエーテルブロックアミド(PEBA)、
ポリアミド6、
ポリアミド6/6-6、
ポリアミド12、
それらのうちの1つまたは複数を含有する混合物、
からなる群から選択されたポリアミドを含む、
請求項1から4のいずれか一項に記載のプロセス。
The one or more thermoplastic polymers are
polyether block amide (PEBA),
polyamide 6,
polyamide 6/6-6,
polyamide 12,
mixtures containing one or more of them;
comprising a polyamide selected from the group consisting of
A process according to any one of claims 1 to 4.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーが、ポリエステルまたはポリエステルコポリマーを含む、
請求項1から3のいずれか一項に記載のプロセス。
the one or more thermoplastic polymers include polyester or polyester copolymers;
A process according to any one of claims 1 to 3.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーが、
ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)、
ポリ乳酸(PLA)、
ポリ(L-乳酸)(PLLA)、
ポリ(ブチレンアジペート-コ-テレフタレート)(PBAT)、
ポリカプロラクトン(PCL)、
ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、
ポリヒドロキシブチレート(PHB)、
ポリブチレンサクシネート(PBS)、
ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、
ポリブチレンアジペート(PBA)、
熱可塑性デンプン(TPS)、
それらのうちの1つまたは複数を含有する混合物、
からなる群から選択されたポリマーを含む、
請求項1から3および6のいずれか一項に記載のプロセス。
The one or more thermoplastic polymers are
polybutylene adipate terephthalate (PBAT),
polylactic acid (PLA),
poly(L-lactic acid) (PLLA),
poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT),
polycaprolactone (PCL),
polyhydroxyalkanoate (PHA),
polyhydroxybutyrate (PHB),
polybutylene succinate (PBS),
polybutylene succinate adipate (PBSA),
polybutylene adipate (PBA),
thermoplastic starch (TPS),
mixtures containing one or more of them;
comprising a polymer selected from the group consisting of
A process according to any one of claims 1 to 3 and 6.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーが、1つまたは複数の再利用されたポリマー材料を含む、
請求項1から7のいずれか一項に記載のプロセス。
the one or more thermoplastic polymers include one or more recycled polymeric materials;
A process according to any one of claims 1 to 7.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーが、1つまたは複数の生物由来ポリマーからなる、
請求項1から7のいずれか一項に記載のプロセス。
the one or more thermoplastic polymers consisting of one or more bio-based polymers;
A process according to any one of claims 1 to 7.
前記1つまたは複数の生物由来ポリマーが、生物由来PBATを含む、
請求項9に記載のプロセス。
the one or more bio-based polymers include bio-based PBAT;
Process according to claim 9.
前記不活性ガスが、超臨界流体として前記マスターバッチ材料と混合される、
請求項1から10のいずれか一項に記載のプロセス。
the inert gas is mixed with the masterbatch material as a supercritical fluid;
A process according to any one of claims 1 to 10.
前記マスターバッチ材料および前記超臨界流体が、単相溶液を形成するために混合される、
請求項11に記載のプロセス。
the masterbatch material and the supercritical fluid are mixed to form a single phase solution;
12. Process according to claim 11.
前記マスターバッチ材料を前記押し出し機に導入する前に前記不活性ガスが前記マスターバッチ材料と混合される、
請求項1から10のいずれか一項に記載のプロセス。
the inert gas is mixed with the masterbatch material prior to introducing the masterbatch material into the extruder;
A process according to any one of claims 1 to 10.
前記マスターバッチ材料が、1つまたは複数の熱可塑性ポリマーのペレットを含み、
前記不活性ガスを前記マスターバッチ材料と混合することが、前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーの前記ペレットに前記不活性ガスを注入することを含む、
請求項13に記載のプロセス。
the masterbatch material comprises pellets of one or more thermoplastic polymers;
mixing the inert gas with the masterbatch material includes injecting the inert gas into the pellets of the one or more thermoplastic polymers;
14. Process according to claim 13.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーの前記ペレットに前記不活性ガスを注入することが、前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーの前記ペレットを膨張させる、
請求項14に記載のプロセス。
injecting the inert gas into the pellets of the one or more thermoplastic polymers expands the pellets of the one or more thermoplastic polymers;
15. Process according to claim 14.
前記マスターバッチ材料を前記押し出し機に導入することが、前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーの膨張した前記ペレットを前記押し出し機に導入することを含む、
請求項15に記載のプロセス。
introducing the masterbatch material into the extruder includes introducing the expanded pellets of the one or more thermoplastic polymers into the extruder;
16. Process according to claim 15.
ポリマーメルトを形成するために前記押し出し機を通じて前記マスターバッチ材料を押し出すことが、前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーの膨張した前記ペレットを溶融させることを含む、
請求項16に記載のプロセス。
extruding the masterbatch material through the extruder to form a polymer melt includes melting the expanded pellets of the one or more thermoplastic polymers;
17. Process according to claim 16.
請求項1から17のいずれか一項に記載のプロセスによって製造された発泡体。 18. A foam produced by a process according to any one of claims 1 to 17. 前記発泡体が、再利用可能、生分解性および/または堆肥化可能である、
請求項18に記載の発泡体。
the foam is reusable, biodegradable and/or compostable;
The foam according to claim 18.
前記発泡体が、いかなる架橋剤も含まない、
請求項18または19に記載の発泡体。
the foam does not contain any crosslinking agent;
The foam according to claim 18 or 19.
請求項1から17のいずれか一項によって製造された発泡体を含む物品。 An article comprising a foam made according to any one of claims 1 to 17. 前記物品が、履物構成要素、座席構成要素、防具構成要素、車両構成要素、寝具またはウォータースポーツアクセサリである、
請求項21に記載の物品。
the article is a footwear component, a seating component, an armor component, a vehicle component, bedding or a water sports accessory;
The article according to claim 21.
再利用可能、生分解性および/または工業的に堆肥化可能な1つまたは複数の熱可塑性ポリマーを含む複数のペレットを提供することと、
前記ペレットに不活性ガスを注入することによって前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーの前記ペレットを膨張させることと、
膨張した前記ペレットを押し出し機に導入することと、
膨張した前記ペレットを前記押し出し機において溶融させることと、
溶融した膨張した前記ペレットを、押し出し機を使用してダイを通じて押し出すことと
を含む、
可撓性発泡体を製造するためのプロセス。
providing a plurality of pellets comprising one or more thermoplastic polymers that are recyclable, biodegradable and/or industrially compostable;
expanding the pellets of the one or more thermoplastic polymers by injecting the pellets with an inert gas;
introducing the expanded pellets into an extruder;
melting the expanded pellets in the extruder;
extruding the molten expanded pellets through a die using an extruder;
Process for producing flexible foam.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーが、
ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)、
ポリ乳酸(PLA)、
ポリ(L-乳酸)(PLLA)、
ポリ(ブチレンアジペート-コ-テレフタレート)(PBAT)、
ポリカプロラクトン(PCL)、
ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、
ポリヒドロキシブチレート(PHB)、
ポリブチレンサクシネート(PBS)、
ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、
ポリブチレンアジペート(PBA)、
熱可塑性デンプン(TPS)、
それらのうちの1つまたは複数を含有する混合物、
からなる群から選択されたポリマーを含む、
請求項23に記載のプロセス。
The one or more thermoplastic polymers are
polybutylene adipate terephthalate (PBAT),
polylactic acid (PLA),
poly(L-lactic acid) (PLLA),
poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT),
polycaprolactone (PCL),
polyhydroxyalkanoate (PHA),
polyhydroxybutyrate (PHB),
polybutylene succinate (PBS),
polybutylene succinate adipate (PBSA),
polybutylene adipate (PBA),
thermoplastic starch (TPS),
mixtures containing one or more of them;
comprising a polymer selected from the group consisting of
24. Process according to claim 23.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーが、PBATである、
請求項23に記載のプロセス。
the one or more thermoplastic polymers are PBAT;
24. Process according to claim 23.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーが、PHAである、
請求項23に記載のプロセス。
the one or more thermoplastic polymers are PHAs;
24. Process according to claim 23.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーが、PHBである、
請求項23に記載のプロセス。
the one or more thermoplastic polymers are PHB;
24. Process according to claim 23.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーが、1つまたは複数の生物由来ポリマーからなる、
請求項23に記載のプロセス。
the one or more thermoplastic polymers consisting of one or more bio-based polymers;
24. Process according to claim 23.
前記1つまたは複数の熱可塑性ポリマーが、再利用可能なポリマーである、
請求項23に記載のプロセス。
the one or more thermoplastic polymers are reusable polymers;
24. Process according to claim 23.
前記不活性ガスが、二酸化炭素である、
請求項23から29のいずれか一項に記載のプロセス。
the inert gas is carbon dioxide;
30. A process according to any one of claims 23 to 29.
前記不活性ガスが、窒素である、
請求項23から29のいずれか一項に記載のプロセス。
the inert gas is nitrogen,
30. A process according to any one of claims 23 to 29.
請求項23から29のいずれか一項に記載のプロセスによって形成された発泡体。 30. A foam formed by the process of any one of claims 23-29. 前記発泡体が、再利用可能、生分解性および/または工業的に堆肥化可能である、
請求項32に記載の発泡体。
the foam is reusable, biodegradable and/or industrially compostable;
33. The foam of claim 32.
前記発泡体が、いかなる架橋剤も含まない、請求項32に記載の発泡体。 33. The foam of claim 32, wherein the foam is free of any crosslinking agent. 前記物品が、履物構成要素、座席構成要素、防具構成要素、車両構成要素、寝具またはウォータースポーツアクセサリである、
請求項33に記載の発泡体を含む物品。
the article is a footwear component, a seating component, an armor component, a vehicle component, bedding or a water sports accessory;
An article comprising the foam of claim 33.
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